可可西

GLSL语言基础

GLSL（wiki   chs）是OpenGL（OpenGL ES、WebGL）的着色器语言，拥有如下特点：

1. 基于C语言的语法（如：大小写敏感，每条语句必须以分号结尾），是一门面向过程的强类型语言（type sensitive language）

2. 预处理中没有#include包含文件指令

3. 除了bool、int、uint、float基础类型外，还支持数组类型，另外GLSL还内置了适合3D图形操作的向量与矩阵类型，以及采样器（纹理）类型   

4. double、dvec*、dmat*类型需要#version 400及以上才支持

5. 更严格类型隐式转换规则

6. 变量没有赋初值时，都会被填充为false、0或0.0

7. if条件语句和switch条件语句与C语言一致

8. for循环语句和while循环语句与C语言一致

9. return、continue和break与C语言一致。另外引入了discard，该关键字只能在fs中使用，表示放弃当前片元，直接处理下一个片元。

10. 无指针、无字符和字符串类型

11. 无union、无enum

12. 向量、矩阵、自定义结构体变量可通过构造函数进行初始化

13. 增添了一些C++语言的特性：如函数重载

 

shader运行时，死循环或者崩溃，会导致进程无响应（弹出如下对话框），驱动崩溃重启

 

与C语言一样，包括：预处理 -- 编译 -- 链接 -- 执行   四大步骤 

示意代码如下：

const char *vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
    "layout (location = 0) in vec3 aPos;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);\n"
    "}\0";
const char *fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
    "out vec4 FragColor;\n"
    "void main()\n"
    "{\n"
    "   FragColor = vec4(1.0f, 0.5f, 0.2f, 1.0f);\n"
    "}\n\0";
    
// build and compile our shader program
// ------------------------------------
// vertex shader
unsigned int vertexShader = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
glShaderSource(vertexShader, 1, &vertexShaderSource, NULL);
glCompileShader(vertexShader);
// check for shader compile errors
int success;
char infoLog[512];
glGetShaderiv(vertexShader, GL_COMPILE_STATUS, &success); // 检查是否vs编译成功
if (!success)
{
    glGetShaderInfoLog(vertexShader, 512, NULL, infoLog); // 获取编译错误消息
    std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

// fragment shader
unsigned int fragmentShader = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
glShaderSource(fragmentShader, 1, &fragmentShaderSource, NULL);
glCompileShader(fragmentShader);
// check for shader compile errors
glGetShaderiv(fragmentShader, GL_COMPILE_STATUS, &success); // 检查是否fs编译成功
if (!success)
{
    glGetShaderInfoLog(fragmentShader, 512, NULL, infoLog); // 获取编译错误消息
    std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}

// link shaders
unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);
// check for linking errors
glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success); // 检测链接着色器程序是否失败
if (!success) {
    glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog); // 获取链接错误消息
    std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
}


glDeleteShader(vertexShader); // 链接完成后，不在需要vs着色器对象
glDeleteShader(fragmentShader); // 链接完成后，不在需要fs着色器对象


// render loop
// -----------
while (1)
{
    // Sleep for a while
    glUseProgram(shaderProgram); // 设置要使用的着色器程序
    // Draw Something  
}   

// 释放着色器程序
glDeleteProgram(shaderProgram);

 

注释

单行注释

// Hello GLSL.

多行注释

/*********************************
 This is my first GLSL.
 Let's take a look.
*********************************/

 

预处理

#version XXX

// 用于指定当前glsl文件的版本   

①不同的版本glsl，所能使用语言特性是不一样的。如：layout (location = 0) in vec3 Position;  // layout是330才支持的特性

②如果要加该#version指令，必须是当前glsl文件的第一句有效代码行

③如果不加该#version指令，默认为GLSL 1.1，即：#version 110   注：WebGL1.0中vs和fs开头不用写#version版本，其语法对应GLSL ES 1.0（或GLSL 1.1）

#version 110          // GLSL 1.1         OpenGL 2.0  【默认】
#version 120          // GLSL 1.2         OpenGL 2.1
#version 130          // GLSL 1.3         OpenGL 3.0
#version 140          // GLSL 1.4         OpenGL 3.1
#version 150          // GLSL 1.5         OpenGL 3.2
#version 330          // GLSL 3.3         OpenGL 3.3
#version 330 core     // GLSL 3.3核心模式   OpenGL 3.3
#version 400          // GLSL 4.0         OpenGL 4.0
#version 410          // GLSL 4.1         OpenGL 4.1
#version 420          // GLSL 4.2         OpenGL 4.2
#version 430          // GLSL 4.3         OpenGL 4.3
#version 440          // GLSL 4.4         OpenGL 4.4
#version 450          // GLSL 4.5         OpenGL 4.5
#version 460          // GLSL 4.6         OpenGL 4.6

#version 150 compatibility // GLSL 1.5 并向前兼容GLSL 1.2、1.3、1.4的语法

#version 300 es // GLSL ES 3.0 或称 ESSL 3.0   注：声明为这个后，宏GL_ES会被定义为1 

GLSL不同版本的差异点，可参考：这里

 

#extension  extname : behaivor

extname为编译器支持的扩展名称

behaivor可以是require、enable、warn、disable

#extension all : disable   // 禁用所有扩展

#extension GL_NV_shadow_samplers_cube : enable  // 启用名为GL_NV_shadow_samplers_cube的扩展

扩展行为说明

扩展行为 说明
require 扩展是必需的。若当前扩展不受支持，将抛出错误
enable 启用扩展。若当前扩展不支持，将抛出警告
warn 对于扩展的任何使用均抛出警告
disable 禁用扩展。若当前扩展被使用，将抛出错误

 

#if  #elif [defined(), !defined()]  #else    #ifdef   #ifndef     #endif   

// 条件编译

#define TEST1  // 定义为空的宏
//#define TEST1 1  // 宏已被定义 编译失败 error C7101: Macro TEST1 redefined

#ifdef TEST1  // 条件成立
#endif

//#if TEST1  // 空值不能进行条件判断 编译失败 error C0105: Syntax error in #if
//#endif

#undef TEST1  // 取消TEST1宏

#if TEST1  // 条件不成立   注：OpenGL有效； 但openGL es下  编译失败  error C0105: Syntax error in #if
#endif

#ifndef TEST1  // 条件成立
#endif

#define TEST1 -1  // 定义为int的宏

#define TEST2 // 定义为空的宏

#if TEST1 && defined(TEST2) // 条件成立
#endif

#define TEST3 true // 定义为bool的宏

#if TEST3  // 条件不成立  注：OpenGL有效；但openGL es下，bool不能进行条件判断  编译失败  error C0105: Syntax error in #if
#endif

#if !TEST3  // 条件成立   注：OpenGL有效；openGL es下，bool不能进行条件判断  编译失败  error C0105: Syntax error in #if
#endif

#if TEST3==true  // 条件成立  注：OpenGL有效；openGL es下，bool不能进行条件判断  编译失败  error C0105: Syntax error in #if
#endif

#if !defined(TEST0) && TEST1 && defined(TEST2) // 条件成立
#endif

#define TEST4 100  // 定义为int的宏

#if TEST4  // 条件成立
#endif

#if TEST4 > 150
#elif (TEST4 > 120) || TEST1 // 进入elif分支
#endif

#if !TEST4
#else // 进入else分支
#endif

#define TEST5 2.0  // 定义为float的宏

//#if TEST5  //float不能进行条件判断  编译失败  error C0105: Syntax error in #if
//#endif

//#if TEST5>0.0  //float不能进行条件判断  编译失败  error C0105: Syntax error in #if
//#endif

 

更多 #if 示例：

// Shader inputs and outputs keywords
//
// - ATTRIBUTE: used to mark a vertex shader inputs
// - SHADER_IN: used to mark a non-vertex shader inputs
// - SHADER_OUT: used to mark a non-fragment shader output
// - OUT: used to mark a fragment shader output
#if __VERSION__ >= 130

#define ATTRIBUTE in
#define SHADER_IN in
#define SHADER_OUT out
#define OUT out

#else

#define ATTRIBUTE attribute
#define SHADER_IN varying
#define SHADER_OUT varying
#define OUT

#endif

// Support array attributes
#if __VERSION__ >= 130

#define ARRAY_ATTRIBUTE(name, size) name[size]

#else

#define ARRAY_ATTRIBUTE(name, size) name[size]

#endif

// Uniform blocks
#if __VERSION__ >= 130

#define BEGIN_UNIFORM_BLOCK(name)   uniform name {

#define END_UNIFORM_BLOCK() };

#else

#define BEGIN_UNIFORM_BLOCK(name)

#define END_UNIFORM_BLOCK()

#endif

// Input and output blocks
#if __VERSION__ >= 150

#define BEGIN_INPUT_BLOCK(name) in name {
#define END_INPUT_BLOCK() };

#define BEGIN_OUTPUT_BLOCK(name) out name {
#define END_OUTPUT_BLOCK() };

#else

#define BEGIN_INPUT_BLOCK(name)
#define END_INPUT_BLOCK()

#define BEGIN_OUTPUT_BLOCK(name)
#define END_OUTPUT_BLOCK()

#endif

// Texturing functions
#if __VERSION__ >= 130

#define TEXTURE_2D texture
#define TEXTURE_3D texture
#define TEXTURE_RECT texture
#define TEXTURE_CUBE texture

#if __VERSION__ >= 150
#define TEXTURE_SIZE(sampler) textureSize(sampler)
#else
#define TEXTURE_SIZE(sampler) sampler ## _Size
#endif

#else

#define TEXTURE_2D texture2D
#define TEXTURE_3D texture3D
#define TEXTURE_RECT texture2DRect
#define TEXTURE_CUBE textureCube

#endif

// Invariance
#if __VERSION__ >= 120
#define INVARIANT invariant
#else
#define INVARIANT
#endif

// Attribute location
#if defined(GL_ARB_explicit_attrib_location)
#define LOCATION(loc)       layout(location = loc)
#else
#define LOCATION(loc)
#endif

// Geometry shader layout
#if __VERSION__ >= 150
#define GEOMETRY_LAYOUT_IN(from) layout (from) in
#define GEOMETRY_LAYOUT(to, max) layout (to, max_vertices = max) out
#else
#define GEOMETRY_LAYOUT_IN(from)
#define GEOMETRY_LAYOUT(to, max)
#endif



// 为GLSL ES着色器脚本时，需要设置float和int类型的精度
#ifdef GL_ES
precision mediump float;// 设置float类型的精度为中精度  注：高精度为highp、低精度为lowp
precision mediump int;  // 设置int类型的精度为中精度  注：高精度为highp、低精度为lowp
#endif

 

#define  #undef     

// 宏定义、宏取消

#define TEST1 100  // 定义TEST1宏为100

#ifdef TEST1  // 条件成立
#undef TEST1   // 取消TEST1宏的定义
#endif

#if !defined(TEST1) // 条件成立
#endif

#define SQUARE(a) ((a)*(a))

#define MAX(a,b) \   // 宏必须在一行写完，多行写时必须带上 \行连接符
    (((a) > (b)) ? (a) : (b))

#define MERGE(a, b) a##b // ## 字符拼接符

 

#line   

// 指示下一行的行号，及当前所在的文件；该命令会修改__FILE__、__LINE__的值

该命令是提供给编译器使用的，程序员最好不要使用该命令

#if __LINE__==10  // 判断当前行号是否为10
#endif

#if __FILE__==0  // 条件成立  __FILE__好像缺省为0
#endif

#line 116 // 指定下一行的行号为116
#if __LINE__==116  // 条件成立
#endif

#line 200 5  // 指定下一行的行号为200，当前文件的ID标识为5
#if __FILE__==5  // 条件成立
#endif

 

#pragma   

// 用来控制编译器的一些行为

#pragma optimize(on) // 开启编译器优化 【默认】
#pragma optimize(off) // 关闭编译器优化

#pragma debug(on)  // 开启debug选项，以获得更多的调试信息
#pragma debug(off) // 关闭debug选项 【默认】

#pragma STDGL invariant(all)  // 让所有的变量全都不变   注：因为编译器需要保证不变性，所以会限制对着色器进行优化

 

#error  

// error命令被执行，会导致当前文件编译失败

#if __VERSION__ >= 150 // __VERSION__为内置宏，十进制整数，为当前GLSL文件的版本号
#error This is an error! // error C0000: This is an error!
#endif

 

__VERSION__、__FILE__、__LINE__、GL_ES、GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH

#if __VERSION__ >= 330 // __VERSION__为内置宏，int类型，为当前GLSL文件的版本号
#endif

#line 100 3  // 指定下一行的行号为100，当前文件的ID标识为3
#if __FILE__==3  // 条件成立  宏__FILE__为int类型，当前Source String的唯一ID标识
#endif

#if __LINE__==103  // 条件成立  宏__LINE__为int类型，当前的行号
#endif

#if GL_ES // OpenGL下，内置宏GL_ES未定义，条件不成立；openGL es下，GL_ES为1，条件成立
#if GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH  // 若当前片元着色器支持高浮点精度,则宏GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH为1
precision highp float; // 设置float类型的精度为高精度
precision highp int; // 设置int类型的精度为高精度
#else
precision mediump float;// 设置float类型的精度为中精度
precision lowp int;  // 设置int类型的精度为低精度
#endif
#endif

 

运算符

除了没有指针相关的运算符外，其他的与c语言完全一致

注：对于向量、矩阵类型，运算符会在各个分量上进行

 

变量

变量名需要符合以下规则：

① 只能包括大小写字母、数字和下划线

② 变量名不能以数字开头

③ 不能是关键字或预留的关键字

④ 不能以gl_、webgl_或_webgl_开头

 

全局变量

定义在函数体外的变量。作用域规则与c语言全局变量一致。

 

局部变量

定义在函数内的变量。作用域规则与c语言局部变量一致。

 

内置常量

以gl_开头

所在shader 常量
vs

const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 16; // 可用的顶点输入变量（GLSL 1.3之前为attribute变量）的最大数量

const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 256;  // 可用的vec4统一变量（uniform变量）的最大数量  需要#version 410及以上

const mediump int gl_MaxVertexOutputVectors = 16; // 可用的顶点输出变量（GLSL 1.3之前为varying变量）的最大数量  需要#version 410及以上

const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 16;  // 可用的纹理的最大数量

const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 32; // vs和fs中可用的纹理的最大数量的总和
fs

const mediump int gl_MaxFragmentInputVectors = 15; // 片元输入变量（GLSL 1.3之前为varying变量）的最大数量  需要#version 410及以上

const mediump int gl_MaxTextureImageUnits = 16;  // 可用的纹理的最大数量

const mediump int gl_MaxFragmentUniformVectors = 224;  // 可用的vec4统一变量（uniform变量）的最大数量  需要#version 410及以上

const mediump int gl_MaxDrawBuffers = 4;  // 多重渲染目标（MRT）的最大支持数量。

const mediump int gl_MinProgramTexelOffset = -8;  // 内建ESSL函数texture*Offset偏移参数迟滞的最小偏移值  需要#version 410及以上

const mediump int gl_MaxProgramTexelOffset = 7;  // 内建ESSL函数texture*Offset偏移参数迟滞的最大偏移值  需要#version 410及以上

 

内置变量

以gl_开头

所在shader 变量
vs

vec4 gl_Position;  //必须将变换后的位置写入到这个变量中，用于输出顶点位置的裁剪坐标。该变量用highp精度限定符声明。

float gl_PointSize;  // 用于写入以像素表示的点精灵尺寸。在渲染点时使用。该变量用highp精度限定符声明。

int gl_VertexID; // 输入变量，用于保存当前顶点的索引。该变量用highp精度限定符声明。

int gl_InstanceID; // 输入变量，用户保存当前图元的编号。对于常规的绘图调用，该值为0。该变量用highp精度限定符声明。

bool gl_FrontFacing; // 一个特殊变量，但不是vs直接写入，而是根据vs生成的位置和渲染的图元类型生成的。

 

struct gl_DepthRangeParameters
{
    highp float near; // near Z
    highp float far; // far Z
    highp float diff; // far - near
};
uniform gl_DepthRangeParameters gl_DepthRange; // vs唯一内建统一变量：窗口坐标中的深度范围
fs

vec4 gl_FragCoord;  // 只读变量，保存窗口相对坐标(x,y,z,1/w)。

bool gl_FrontFacing; // 只读变量，片段是正面时为ture，否则为false。

vec2 gl_PointCoord;  // 只读变量，保存点精灵的纹理坐标，处于[0.0, 1.0]区间

float gl_FragDepth;  // 一个只写输出变量。在fs中写入时，覆盖片段固定功能深度值。应谨慎使用该功能，可能禁用GPU的深度优化（如：Early-Z）

vec4 gl_FragColor;  // fs输出的片元颜色

 

const变量

表示该变量的值不能被修改。声明的同时必须对它进行初始化，声明之后就不能再去改变它的值了，否则会导致编译错误。

const int lightspeed = 399792458;  // 光速 m/s
const vec4 red = vec4(1.0, 0.0, 0.0);  // 红色
const mat4 identity = mat4(1.0);  // 4x4单位矩阵 

 

顶点输入变量（GLSL 1.3之前为attribute变量）

与顶点相关的输入型变量，被用来表示逐顶点的信息，也叫顶点属性(Vertex Attribute)，必须声明为全局变量，仅在vs中使用。如：顶点的position、normal、uv等。这些变量为cpu传来的数据。

其只能是float或由float组合成的复合类型（vec2、vec3、vec4、mat2、mat3、mat4）

在#version 130及以上，顶点输入变量使用关键字in，而不再使用attribute

#if __VERSION__ >= 130

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 uv;
in vec2 uv2;

#else

attribute vec3 position;
attribute vec3 normal;
attribute vec2 uv;
attribute vec2 uv2;

#endif

顶点输入变量可以使用布局限定符来修饰

layout (location = 0) in vec3 position;
layout (location = 1) in vec3 normal;

location的值由void glVertexAttribPointer( GLuint index, GLint size, GLenum type, GLboolean normalized, GLsizei stride, const void * pointer)函数的第一个参数index来指定

 

统一变量（uniform变量）

是只读的（只是在shader中不能修改，但可在cpu上修改，修改后再传入到shader中），与顶点和像素无关的输入型变量，被用来表示非逐顶点、非逐像素、各顶点、各像素共用的信息，必须声明为全局变量，可在vs和fs中使用。如：mvp矩阵

可以是除了数组或结构体之外的任意类型。如果vs和fs中声明了同名的统一变量（uniform变量），那么它就会被两种着色器共享。

vs代码：

#version 330

layout (location = 0) in vec3 Position;

uniform mat4 gWVP;

out vec4 Color;

void main()
{
    gl_Position = gWVP * vec4(Position, 1.0);
    Color = vec4(clamp(Position, 0.0, 1.0), 1.0);
}

openGL代码：

GLuint ShaderProgram = glCreateProgram();

// ... ... 

GLuint Location = glGetUniformLocation(ShaderProgram, "gWVP");  // 获取shader中uniform mat4 gWVP变量的location

if (Location != INVALID_UNIFORM_LOCATION) {
    float m[4][4] = { {0.0f, 1.0f, 0.5f, 0.2f},
                      {0.1f, 0.0f, 1.5f, 0.0f},
                      {0.0f, 1.2f, -0.5f, 0.1f},
                      {0.2f, 1.0f, 1.5f, 0.7f}
                    };
    glUseProgram(ShaderProgram);  // 要先指定Program
    glUniformMatrix4fv(Location, 1, GL_TRUE, (const GLfloat*)m);  // 设置uniform mat4 gWVP变量的值
}

 

统一变量块（uniform变量块） 

OpenGL中使用统一变量缓冲区对象来支持统一变量块（uniform变量块） 数据的存储。

相比单一的统一变量（uniform变量），统一变量块（uniform变量块） 具有以下优势：

① 更高效   ② 不受默认大小限制，增加了统一变量的可用存储

vs代码：

// ... ...
layout (std140) uniform LightBlock
{
    vec3 lightDirection;
    vec4 lightPosition;
};

// ... ...

openGL代码：

GLuint ShaderProgram = glCreateProgram();

// ... ...

GLuint blockId, bufferId;
GLint blockSize;
GLuint bindingPoint = 1;
GLfloat lightData[] = 
{
    // lightDirection (padding to vec4 based on std140 rule)
    1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f,
    
    // lightPosition
    0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
};

// Retrieve the uniform block index
blockId = glGetUniformBlockIndex(ShaderProgram, "LightBlock");

// Associate the uniform block index with a binding point
glUniformBlockBinding(ShaderProgram, blockId, bindingPoint);

// Get the size of lightData
// alternatively, we can calculate it using sizeof(lightData) in this example
glGetActiveUniformBlockiv(ShaderProgram, blockId, GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE, &blockSize);

// Create and fill a buffer object
glGenBuffers(1, &bufferId);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, bufferId);
glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, blockSize, lightData, GL_DYNAMIC_DRAW); // 将lightData数组的数据绑定到名为统一变量块LightBlock上

// Bind the buffer object to the uniform block binding point
glBindBufferBase(GL_UNIFORM_BUFFER, bindingPoint, bufferId);

 

布局限定符

限定符 说明
shared（默认） 多个着色器程序间共享。可省略不写
packed 最小内存占用，无法在多个着色器程序间共享
std140 标准内存布局
column_major（默认） 矩阵变量以列优先顺序。可省略不写
row_major 矩阵变量以行优先顺序

① shared、packed和std140有着不同地内存对齐方式

② 布局限定符可用于统一的变量块，也可以用在统一变量块中某个单独的变量上    注：用在单独变量上时，对于该变量会覆盖掉全局对应的布局限定符

layout (shared, column_major) uniform TransformBlock
{
    layout (std140, row_major) mat4 matViewProj;      // matViewProj布局为std140行优先
    layout (row_major) mat3 matNormal;                // matNormal布局为shared行优先
    mat3 matTexGen;                                    // matViewProj布局为shared列优先
};

 

带资源句柄的Uniform

虽然Uniform不能在shader中修改（即资源句柄不能改），但资源句柄指向的Buffer和Texture是可以修改的

Buffer

基于协定的格式读的Buffer（Uniform Buffer）

可以随机读写的Buffer（Storage Buffer / UAV）

以某种pixel格式读的Buffer（Texture Buffer）

以某些pixel格式随机读写的Buffer（Storage Texture Buffer）

Texture

以某种pixel格式采样的Texture（Texture Sample）

以某些pixel格式随机读写的Texture（Storage Image）

 

顶点输出与片元输入变量（GLSL 1.3之前为varying变量）

必须声明为全局变量，其任务是从vs向fs传输数据。该数据对cpu是不可见的。

在#version 410和#version 300 es之前，在vs和fs中必须声明同名、同类型的该变量。注：当变量的类型和名字一样时，OpenGL就会把两个变量在链接到一起（在链接程序对象时完成的），这样它们之间就能发送数据了。

需要注意的是，vs中输出变量的值并不是直接传给fs的输入变量。

在进入fs之前，会进行光栅化，根据绘制的图形，对vs的输出变量进行插值（Interpolation），然后再传递给fs的v输入变量。   注：varying变量会被光栅化插值输出到fs中

该类型的变量只能是float或由float组合成的复合类型（vec2、vec3、vec4、mat2、mat3、mat4）

在#version 130及以上，顶点输出与片元输入变量使用关键字in，而不再使用varying

 

vs中顶点输出变量

#if __VERSION__ >= 130

out vec3 vPosition;
out vec3 vNormal;
out vec2 vUv;
out vec2 vUv2;

#else

varying vec3 vPosition;
varying vec3 vNormal;
varying vec2 vUv;
varying vec2 vUv2;

#endif

为了保证不变性，GLSL引入了invariant关键字来修饰顶点输出变量。

主要的原因是，为了优化，编译器可能对shader指令重新排序，可能导致2个着色器之间的等价计算不能保证产生完全相同的结果。特别是在进行多遍渲染时，尤其可能成为问题。

例如：fs中第一遍中计算镜面反射光，第二遍计算环境光和漫反射光，顶点输出变量如果不使用invariant关键字，精度带来的小误差会导致深度冲突（Z fighting）。

invariant关键字既可用于声明变量，也可以用于已经声明过的变量。

invariant vec2 texCoord; // 用于声明变量

invariant gl_Position;  // 用于已经声明过的变量

#pragma STDGL invariant(all)  // 让所有的变量全都不变   注：因为编译器需要保证不变性，所以会限制对着色器进行优化

 

fs中片元输入变量

#if __VERSION__ >= 130

in vec3 vPosition;
in vec3 vNormal;
in vec2 vUv;
in vec2 vUv2;

#else

varying vec3 vPosition;
varying vec3 vNormal;
varying vec2 vUv;
varying vec2 vUv2;

#endif

 

fs中片元输出变量

layout(location = 0) out vec4 FragColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 0.0);
}

注1：在典型情况下，只会渲染一个颜色缓冲区，这个时候，layout(location = 0)布局限定符可忽略不写（默认输出变量会进入位置0）

注2：当渲染到多个渲染目标（MRT）时，可以使用布局限定符指定每个输出前往的渲染目标

 

在#version 410和#version 300 es之前，与顶点输入变量相比，顶点输出与片元输入变量不能使用layout布局限定符。

在#version 410和#version 300 es及之后，顶点输出与片元输入变量可使用layout布局限定符的location索引来建立关联，不需要两边的变量同名。更多请查看：Program separation linkage

vs中顶点输出变量

layout(location = 0) out vec4 color;
layout(location = 1) out vec2 texCoord;
layout(location = 2) out vec3 normal;

 

fs中片元输入变量

layout(location = 0) in vec4 diffuseAlbedo;
layout(location = 1) in vec2 texCoord;
layout(location = 2) in vec3 cameraSpaceNormal;

 

插值限定符来修饰顶点输出与片元输入变量（GLSL 1.3之前为varying变量）

插值限定符 说明  示例
smooth（缺省）

平滑着色

/*** vs ***/

smooth out vec3 v_color;  // smooth可省略不写

/*** fs ***/

smooth in vec3 v_color;  // smooth可省略不写
flat 平面着色

/*** vs ***/

flat out vec3 v_color;

/*** fs ***/

flat in vec3 v_color;
centroid

质心采样（centroid sampling）

 

使用多重采样渲染时，centroid可用于强制插值发生在被渲染图元内部

这可防止图元的边缘出现伪像

/*** vs ***/

centroid out vec3 v_color;

/*** fs ***/

centroid in vec3 v_color;

 

变量总结

vs/fs中能容纳的顶点输入变量（attribute变量）、uniform变量、顶点输出与片元输入变量（varying变量）是储存在硬件中的，其最大数目与设备有关，具体详见下表：

变量类别 保存在硬件的哪个位置 是否会打包 内置全局变量（表示最大数量） glGetintegerv查询 OpenGL ES 3.0最小值
顶点输入变量（attribute变量）   No const mediump int gl_MaxVertexAttribs GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS 16
vs：统一变量（uniform变量） 常量存储：对应一个向量的物理数组 Yes const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors GL_MAX_VERTEX_UNIFORM_VECTORS 256
fs：统一变量（uniform变量） 常量存储：对应一个向量的物理数组 Yes const mediump int gl_MaxFragmentUniformVectors GL_MAX_FRAGMENT_UNIFORM_VECTORS 224

顶点输出变量

片元输入变量

（varying变量）

插值器：对应一个向量的物理数组

Yes

const mediump int gl_MaxVertexOutputVectors

const mediump int gl_MaxFragmentInputVectors

const mediump int gl_MaxVaryingVectors

  

16

15

8（Open GL ES 2.0）

注1：为了有效利用宝贵的硬件存储资源，OpenGL会对变量打包再进行存放。

注2：用uniform修饰的变量、const变量、字面值（如：在代码中写的0，1.0等）都会占用常量储存空间。

 

 

 注：GLSL 1.3及以后（也就在OpenGL 3.0及以后，OpenGL ES 3.0及以后，WebGL 2.0及以后），开始使用in修饰顶点输入变量和片元输入变量，使用out修饰顶点输出变量

 

精度限定符

用来表示每种数据具有的精度（占用的字节数）。精度越高，计算结果误差就越小、效果也更好，但也意味着更大的内存、更多能耗和更久的计算时间。

使用精度限定符，可以精细地控制shader程序在效果和性能间的平衡。

精度限定符 描述 float数值范围和精度 int数值范围
highp（高精度）

vs的最低精度

 

注：在某些webgl环境中，fs可能不支持highp精度

如果支持的话，会定义内置宏GL_FRAGMENT_PRECISION_HIGH

范围：(-2^62~2^62)

精度：2^-16

 (-2^16~2^16)
mediump（中精度）

fs的最低精度

范围：(-2^14~2^14)

精度：2^-10

 (-2^10~2^10)
lowp（低精度） 可以表示所有的颜色

范围：(-2~2)

精度：2^-8

 (-2^8~2^8)

 

各精度限定符的数值范围和精度实际上与系统环境有关，可动态地使用gl.GetShaderPrecisionFormat()来获取

 

对单个变量

mediump float size;  // 中精度的浮点型变量
highp vec4 position;  // 具有高精度浮点型元素的vec4对象
lowp vec4 color; // 具有低精度浮点型元素的vec4对象

 

对整个文件

precision mediump float; // 所有float和由float组合成的复合类型（vec2、vec3、vec4、mat2、mat3、mat4）的数默认为中精度
precision highp int;  // 所有int和由int组合成的复合类型的数默认为高精度

注：需要放在shader文件紧跟#version xxx的后面，其他语句之前

 

各数据类型的默认精度

shader类型 数据类型 默认精度
vs int highp
float highp
sampler2D lowp
samplerCube lowp
fs int mediump
float

无（需手动指定，否则会编译报错）
sampler2D lowp
samplerCube lowp

基础类型

bool b1 = true;

int n1 = 10;
int n2 = -25;
int n3 = 0;
//int n4 = 3.5;  // 编译失败！ 不能将float隐式地转换成int

//uint u1 = 0; // 编译失败！ 不能将int隐式地转换成uint
uint u2 = 0u;
uint u3 = 100u;


float f1 = 2.0;
float f2 = 3;
float f3 = 0.2f;
float f4 = n1;
float f5 = float(n1);
float f6 = u2;
float f7 = float(u3);
//float f8 = b1; // 编译失败！ 不能将bool隐式地转换成float
//float f9 = (float)b1;// 编译失败！ 不能使用c类型的转换方式
float f9 = float(b1);

int n4 = int(f3);
//int n5 = f3; // 编译失败！ 不能将float隐式地转换成int
//int n6 = u3; // 编译失败！ 不能将uint隐式地转换成int
int n7 = int(u3);
//uint u4 = n1; // 编译失败！ 不能将int隐式地转换成uint
uint u5 = uint(n2);

//bool b2 = n1; // 编译失败！ 不能将int隐式地转换成bool
bool b3 = bool(n1);
//bool b4 = u3; // 编译失败！ 不能将uint隐式地转换成bool
bool b5 = bool(u3);
//bool b6 = f3; // 编译失败！ 不能将float隐式地转换成bool
bool b7 = bool(f3);

 

数组

只支持一维数组。

const float a1[3] = float[](0.25, 0.5, 1.0);
float a2[2] = float[2](0.3, 0.8);

float a4[3];
a4[0] = 0.1;
a4[1] = 0.2;
a4[2] = 0.3;

int len = a4.length(); // len为3  获取数组a4的元素个数

const int N = 2;
vec3 va1[N];
va1[0] = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
va1[1] = vec3(0.0, 0.0, 1.0);

vec3 va2[2] = vec3[](vec3(1.0), vec3(0.2, 0.3, 0.5));

 

结构体（struct）

① 与C语言结构体一样，不可从其他结构体上派生

② 与C语言结构体一样，不允许有构造函数和析构函数

③ 可直接对2个结构体变量进行比较

#version 330

out vec4 FragColor;

struct light // 与C语言一样，不允许从其他结构体上派生
{
    vec4 color;
    vec3 position;
    
    //light(){} // 与C语言一样，不允许有构造函数
    //~light(){} // 与C语言一样，不允许有析构函数

    void test()
    {
        color.x = 0.2;
    }
} GL1; // 定义light结构体，并定义全局变量GL1

light GL2; // 定义light结构体的全局变量GL2

void main()
{
    // light结构体的构造函数参数的顺序必须与结构体定义中的成员顺序一致
    // 如下：参数一 vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0)会赋值给vec4 color  参数二 vec3(10.0, 10.0, 0.0)会赋值给vec3 position
    GL1 = light(vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0), vec3(10.0, 10.0, 0.0));
    
    GL1.test();

    GL2.color.r = 1.0;
    GL2.position = vec3(3.0, 4.0, 5.0);

    light L1, L2; // 定义light结构体的局部变量L1,L2
    L1.color = vec4(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
    
    L2 = L1;
    if (L1 == L2)  // true  结构体支持==运算符比较
    {
        
    }

    L2.position.x = 100;
    if (L1 != L2)  // true   结构体支持!=运算符比较
    {
        
    }

    FragColor = GL1.color;
}

 

向量

向量的分量可以为：

① {x,y,z,w} ： 用来获取顶点坐标分量

② {r,g,b,a} ： 用来获取颜色分量

③ {s,t,p,q} ：用来获取纹理坐标分量

 

从向量中可以同时抽取多个分量，这个过程称作混合或重组（swizzling）。但要注意地是，以上三种不能相互混着使用，如：xyr、rgst、xrsw等

分量类型

2维

3维

4维
bool bvec2 bvec3 bvec4
int ivec2 ivec3 ivec4
uint uvec2 uvec3 uvec4
float vec2 vec3 vec4

 

vec2 v2a; // v2a为(0.0, 0.0)
vec2 v2b = vec2(1.0f); // v2b为(1.0f, 1.0f)
vec2 v2c = vec2(1.0, 0.0); // v2c为(1.0, 0.0)
//vec3 v2d = v2c.xx; // 编译失败 incompatible types in initialization
vec2 v2e; // v2e为(0.0, 0.0)
v2e = v2c.yx; // v2e为(0.0, 1.0)
vec2 v2f; // v2f为(0.0, 0.0)
v2f = v2c.rr; // v2f为(1.0, 1.0)

float f1 = v2c[0];  // f1为1.0  v2c[0]=v2c.x=v2c.r=v2c.s
float f2 = v2c.y;  // f1为0.0  v2c.y=v2c.g=v2c.t=v2c[1]

// 向量运算
vec2 v2g = vec2(0.4, 0.6);
vec2 v2h = vec2(0.1, 0.2);
vec2 v2i = v2g + v2h; // v2i为(0.5, 0.8)
vec2 v2j = v2g + 0.2; // v2j为(0.6, 0.8)
vec2 v2k = v2h * 2; // v2k为(0.2, 0.4)
vec2 v2m = v2g * v2h; // v2m为(0.04, 0.12)

vec3 v3a = vec3(0.5); // v3a为(0.5, 0.5, 0.5)
//vec3 v3b = vec3(1.0, 1.0); // 编译失败  too little data in type constructor
vec3 v3c = vec3(1.0, 0.5, 0.25); // v3c为(1.0, 0.5, 0.25)

//vec3 v3d = vec3(v2a); // 编译失败  cast not allowed
vec3 v3e = vec3(v2a, 1.0); // v3e为(0.0, 0.0, 1.0)

vec2 v2n = vec2(v3c);  // 使用v3c的前2个元素 v2n为(1.0, 0.5)

vec4 v4a = vec4(0.0, 0.3, 1.0, 0.5);  // v4a为(0.0, 0.3, 1.0, 0.5)
v4a.xw = vec2(0.2, 0.6);  // v4a为(0.2, 0.3, 1.0, 0.6)
v4a.gbr = vec3(0.0, 0.0, 1.0);  // v4a为(1.0, 0.0, 0.0, 0.6)
v4a.pq = vec2(1.0, 0.0); // v4a为(1.0, 0.0, 1.0, 0.0)
vec4 v4b = vec4(v2c, v3c);  // 先使用v2c来填充，如果没填满继续使用v3c来填充  v4b为(1.0, 0.0, 1.0, 0.5)
vec4 v4c;
v4c = vec4(0.0, 0.3, 1.0, 0.5).wwwx;  // v4c为(0.5, 0.5, 0.5, 0.0)

 

矩阵

分量类型均为float，按照列优先顺序来存储（列主序）

矩阵类型 解释
mat2（mat2x2） 由2个列向量vec2组成（可通过m[0]、m[1]来访问）
mat2x3 由2个列向量vec3组成（可通过m[0]、m[1]来访问）
mat2x4 由2个列向量vec4组成（可通过m[0]、m[1]来访问）
mat3x2 由3个列向量vec2组成（可通过m[0]、m[1]、m[2]来访问）
mat3（mat3x3） 由3个列向量vec3组成（可通过m[0]、m[1]、m[2]来访问）
mat3x4 由3个列向量vec4组成（可通过m[0]、m[1]、m[2]来访问）
mat4x2 由4个列向量vec2组成（可通过m[0]、m[1]、m[2]、m[3]来访问）
mat4x3 由4个列向量vec3组成（可通过m[0]、m[1]、m[2]、m[3]来访问）
mat4（mat4x4） 由4个列向量vec4组成（可通过m[0]、m[1]、m[2]、m[3]来访问）

 

vec2 v2a = vec2(1.0, 0.5); // v2a为(1.0, 0.5)
vec3 v3a = vec3(0.3, 0.2, 0.9); // v3a为(0.3, 0.2, 0.9)
vec4 v4a = vec4(0.2, 0.3, 0.8, 0.0); // v4a为(0.2, 0.3, 0.8, 0.0)
mat2 m2a;  // m2a为(0.0, 0.0, 0.0, 0.0)
mat2 m2b = mat2(1.0);  // m2b为(1.0, 0.0, 0.0, 1.0)
                       // | 1.0  0.0 |
                       // | 0.0  1.0 | 
mat2 m2c = mat2(0.2, 0.5, 0.0, 0.8);  // m2c为(0.2, 0.5, 0.0, 0.8)
                                      // | 0.2  0.0 |
                                      // | 0.5  0.8 |
mat2 m2d = mat2(v2a, 0.1, 0.3); // m2d为(1.0, 0.5, 0.1, 0.3)
mat2 m2e = mat2(0.6, v3a); // m2e为(0.6, 0.3, 0.2, 0.9)
mat2 m2f = mat2(v2a, v3a); // 先使用v2a来填充，如果没填满继续使用v3a来填充  m2f为(1.0, 0.5, 0.3, 0.2)
mat2 m2g = mat2(v4a); // m2g为(0.2, 0.3, 0.8, 0.0)
                      // | 0.2  0.8 |
                      // | 0.3  0.0 |
mat2 m2h = mat2(v2a.yyxx); // m2g为(0.5, 0.5, 1.0, 1.0)
                      // | 0.5  1.0 |
                      // | 0.5  1.0 |
mat2x3 m2x3a = mat2x3(v2a.xyx, v3a); // m2x3a为(1.0, 0.5, 1.0, 0.3, 0.2, 0.9)
                                     // | 1.0  0.3 |
                                     // | 0.5  0.2 |
                                     // | 1.0  0.9 |

vec2 v2b = m2b[1];  // v2b为(0.0, 1.0)
vec3 v3b = m2x3a[0]; // v3b为(1.0, 0.5, 1.0)
int n = 1;
vec3 v3c = m2x3a[n]; // v3c为(0.3, 0.2, 0.9)

float f1 = m2c[1][0];  // f1为0.0
float f2 = m2c[0].y;  // f2为0.5
float f3 = m2x3a[0].b;  // f3为1.0

mat4 m4a = mat4(0.5); // m4a为(0.5, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.5)
                      // | 0.5  0.0  0.0  0.0 |
                      // | 0.0  0.5  0.0  0.0 |
                      // | 0.0  0.0  0.5  0.0 |
                      // | 0.0  0.0  0.0  0.5 |
// 矩阵与浮点数相加
mat4 m4b = m4a + 0.5; // m4b为(1.0, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1.0, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1.0, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1.0)
                      // | 1.0  0.5  0.5  0.5 |
                      // | 0.5  1.0  0.5  0.5 |
                      // | 0.5  0.5  1.0  0.5 |
                      // | 0.5  0.5  0.5  1.0 |
// 矩阵与浮点数相乘
mat4 m4c = m4a * 2;   // m4c为(1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
                      // | 1.0  0.0  0.0  0.0 |
                      // | 0.0  1.0  0.0  0.0 |
                      // | 0.0  0.0  1.0  0.0 |
                      // | 0.0  0.0  0.0  1.0 |

mat4 m4d = mat4(1.0, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1.0, 0.5, 0.5, 0.5, 0.25, 0.25, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5, 1.0);
                      // | 1.0  0.5  0.5  0.5 |
                      // | 0.5  1.0  0.25 0.5 |
                      // | 0.5  0.5  0.25 0.5 |
                      // | 0.5  0.5  0.5  1.0 |

// 矩阵右乘向量 
vec4 v4b = m4d * v4a; // v4b为(0.75, 0.6, 0.45, 0.65)  注：v4a被当成列向量
                      // v4b.x = m4d[0].x * v4a.x + m4d[1].x * v4a.y + m4d[2].x * v4a.z + m4d[3].x * v4a.w = 0.75
                      // v4b.y = m4d[0].y * v4a.x + m4d[1].y * v4a.y + m4d[2].y * v4a.z + m4d[3].y * v4a.w = 0.6
                      // v4b.z = m4d[0].z * v4a.x + m4d[1].z * v4a.y + m4d[2].z * v4a.z + m4d[3].z * v4a.w = 0.45
                      // v4b.w = m4d[0].w * v4a.x + m4d[1].w * v4a.y + m4d[2].w * v4a.z + m4d[3].w * v4a.w = 0.65
// 矩阵左乘向量 
vec4 v4c = v4a * m4d; // v4c为(0.75, 0.8, 0.375, 0.65)  注：v4a被当成行向量
                      // v4c.x = v4a.x * m4d[0].x  + v4a.y * m4d[0].y + v4a.z * m4d[0].z + v4a.w * m4d[0].w = 0.75
                      // v4c.y = v4a.x * m4d[1].x  + v4a.y * m4d[1].y + v4a.z * m4d[1].z + v4a.w * m4d[1].w = 0.8
                      // v4c.z = v4a.x * m4d[2].x  + v4a.y * m4d[2].y + v4a.z * m4d[2].z + v4a.w * m4d[2].w = 0.375
                      // v4c.w = v4a.x * m4d[3].x  + v4a.y * m4d[3].y + v4a.z * m4d[3].z + v4a.w * m4d[3].w = 0.65

// 矩阵矩阵相乘
mat2 m2i = mat2(0.1, 0.0, 0.6, 0.2);  // m2i为(0.1, 0.0, 0.6, 0.2)
                                      // | 0.1  0.6 |
                                      // | 0.0  0.2 |
mat2 m2j = m2c * m2i; // m2j为(0.02, 0.05, 0.12, 0.46)
                      // | m2c[0].x*m2i[0].x+m2c[1].x*m2i[0].y  m2c[0].x*m2i[1].x+m2c[1].x*m2i[1].y |    |  0.02  0.12  |
                      // | m2c[0].y*m2i[0].x+m2c[1].y*m2i[0].y  m2c[0].y*m2i[1].x+m2c[1].y*m2i[1].y |    |  0.05  0.46  |

 

采样器（纹理）

只能是uniform变量，该变量从OpenGL中接受纹理单元编号，使得shader能通过该编号来访问纹理数据。

采样器（sampler）类型：

大类型 小类型 说明 示例
浮点采样器（不透明） sampler1D 1D纹理 uniform sampler1D s;
sampler2D 2D纹理 uniform sampler2D s;
sampler3D 3D纹理 uniform sampler3D s;
samplerCube 立方图纹理 uniform samplerCube s;
samplerCubeShadow 带有对比的立方图深度纹理 uniform samplerCubeShadow s;
sampler1DShadow 带有对比的1D深度纹理 uniform sampler1DShadow s;
sampler1DArray 1D数组纹理 uniform sampler1DArray s;
sampler1DArrayShadow 带有对比的1D数组深度纹理 uniform sampler1DArrayShadow s;
sampler2DShadow 带有对比的2D深度纹理 uniform sampler2DShadow s;
sampler2DArray 2D数组纹理 uniform sampler2DArray s;
sampler2DArrayShadow 带有对比的2D数组深度纹理 uniform sampler2DArrayShadow s;
有符号整数采样器（不透明） isampler1D 有符号整数1D纹理 uniform isampler1D s;
isampler2D 有符号整数2D纹理 uniform isampler2D s;
isampler3D 有符号整数3D纹理 uniform isampler3D s;
isamplerCube 有符号整数立方图纹理 uniform isamplerCube s;
isampler1DArray 有符号整数1D数组纹理 uniform isampler1DArray s;
isampler2DArray 有符号整数2D数组纹理 uniform isampler2DArray s;
无符号整数采样器（不透明） usampler1D 无符号整数1D纹理 uniform usampler1D s;
usampler2D 无符号整数2D纹理 uniform usampler2D s;
usampler3D 无符号整数3D纹理 uniform usampler3D s;
usamplerCube 无符号整数立方图纹理 uniform usamplerCube s;
usampler1DArray 无符号整数1D数组纹理 uniform usampler1DArray s;
usampler2DArray 无符号整数2D数组纹理 uniform usampler2DArray s;

 

除了=、==和!=外，采样器变量不可以作为操作数参与运算

vs/fs中能使用采样器的个数，详见下表：

着色器类型 最大数量 最小数量
vs gl_MaxVertexTextureImageUnits 0
fs gl_MaxTextureImageUnits 8

 

示例代码如下： 

1. 创建并填充数据到纹理对象

unsigned int TexID;
glGenTextures(1, &TexID); //分配1个独一无二的id，并赋值给TexID

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexID); // 把id为TexID绑定到GL_TEXTURE_2D类型的Buffer上

// 为当前绑定的纹理对象设置环绕、过滤方式
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);   
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

// 加载并生成纹理
int width, height, nrChannels;
unsigned char *data = stbi_load("container.tga", &width, &height, &nrChannels, 0);
if (data)
{
    glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGB, width, height, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, data); // 拷贝data数据块（内存）到GL_TEXTURE_2D类型的Buffer（显存）
    glGenerateMipmap(GL_TEXTURE_2D); // 生成mipmap
}
stbi_image_free(data);

2. 创建并填充VBO

/******************  创建并填充VBO  ******************/
float vertices[] = {
//     ---- 位置 ----       ---- 颜色 ----     - 纹理坐标 -
     0.5f,  0.5f, 0.0f,   1.0f, 0.0f, 0.0f,   1.0f, 1.0f,   // 右上
     0.5f, -0.5f, 0.0f,   0.0f, 1.0f, 0.0f,   1.0f, 0.0f,   // 右下
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,   0.0f, 0.0f, 1.0f,   0.0f, 0.0f,   // 左下
    -0.5f,  0.5f, 0.0f,   1.0f, 1.0f, 0.0f,   0.0f, 1.0f    // 左上
};

unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);  //分配1个独一无二的id，并赋值给VBO

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);  // 把id为VBO绑定到GL_ARRAY_BUFFER类型的Buffer上
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW); // 拷贝vertices数组（内存）到GL_ARRAY_BUFFER类型的Buffer（显存）

3. 绑定VBO并传递顶点属性（Vertex Attribute）到vs着色器

/************  使用VAO来记录顶点属性（Vertex Attribute）的上下文信息  ************/
unsigned int VAO;
glGenVertexArrays(1, &VAO); //分配1个独一无二的id，并赋值给VAO

glBindVertexArray(VAO); 

glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);  // 把id为VBO绑定到GL_ARRAY_BUFFER类型的Buffer上

// position顶点属性
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0); // 启用location为0的顶点属性  注：顶点属性默认是禁用的
// color顶点属性
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(3* sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);   // 启用location为1的顶点属性  注：顶点属性默认是禁用的
// uv顶点属性
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 8 * sizeof(float), (void*)(6 * sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(2);

4. 编译并链接ShaderProgram，并设置名为ourTexture的Uniform变量

// 下面为Shader编译和Program链接的部分代码
unsigned int shaderProgram = glCreateProgram();
glAttachShader(shaderProgram, vertexShader);
glAttachShader(shaderProgram, fragmentShader);
glLinkProgram(shaderProgram);

glUseProgram(shaderProgram);
glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourTexture"), 0); // 将shader中名为ourTexture的Uniform变量，绑定到GL_TEXTRUE0纹理上

5. 顶点着色器代码：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aColor;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoord;

out vec3 ourColor;
out vec2 TexCoord;

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
    ourColor = aColor; // 将颜色值传给片段着色器
    TexCoord = aTexCoord; // 将纹理坐标传给片段着色器
}

6. 片段着色器代码：

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec3 ourColor;
in vec2 TexCoord;

uniform sampler2D ourTexture;

void main()
{
    FragColor = texture(ourTexture, TexCoord); // 用TexCoord的uv坐标从贴图ourTexture上采样颜色值
}

7. 用纹理采样的方式来渲染对象

while (1)
{
    // Sleep for a while
    
    glActiveTexture(GL_TEXTURE0); // 设置当前活动纹理为GL_TEXTURE0    注：OpenGL一般至少支持16张贴图：GL_TEXTURE0、GL_TEXTURE1、... 、GL_TEXTURE15
    glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, TexID); // 将TexID的纹理绑定到GL_TEXTURE0上
    
    glUseProgram(shaderProgram); // 使用ID为shaderProgram的Shader
    
    glBindVertexArray(VAO);

    // Draw Something
}

8. 游戏结束前释放相关资源

glDeleteVertexArrays(1, &VAO);
glDeleteBuffers(1, &VBO); 

glDeleteProgram(shaderProgram);
glDeleteTextures(1, &TexID);

 

函数

函数用法和C语言一样

vs和fs执行的入口函数均为void main()  {  }

函数参数限定词说明：

限定词 说明
in 缺省限定词，可以省略不写
const 当前参数为常量，不可在函数内被修改
out

① 进入函数时，会被初始化为0, 0.0或false

② 在函数内修改后，对外可见
inout

① 接受函数外传入的初始值

② 在函数内修改后，对外可见

① 参数限定词只需要用在函数上，函数调用时不用带。

② 不允许函数递归    这一限制的原因是编译器会把函数都内联展开，以支持没有堆栈的GPU

float square(float value) // 求平方
{
    return value * value;
}

void fuc1(const float value) // const参数不能在函数内部修改
{
    //value = 0.2; // assignment to const variable value  编译错误
}

void fuc2(out float value)  // value进入函数时，会被重新初始化为0；在函数内修改，对外可见
{
    value += 0.5;
}

void fuc3(inout float value) // value的初始值从函数外传入；在函数内修改，对外可见
{
    value += 0.5;
}

int fun4(int n)  // 如果在main函数中直接或间接调用fun4函数，会编译报错：recursive call to function
{
    if (n == 0 || n == 1)
    {
        return 1;
    }
    return fun4(n-1) + fun4(n-2);
}

 

内置函数

类别 内置函数
角度函数

radians //角度转弧度

degrees // 弧度转角度
三角函数

sin // 正弦

cos // 余弦

tan // 正切

asin // 反正弦

acos // 反余弦

atan // 反正切
指数函数

pow // x^y 

exp // 自然指数

log // 自然对数

exp2  // 2^x 

log2 // 以2为底对数

sqrt // 开平方

inversesqrt // 开平方倒数 
通用函数

abs // 绝对值

min // 最小值

max // 最大值

mod // 取余数

sign // 取正负号

floor // 向下取整

ceil // 向上取整

clamp // 限定范围

mix // 线性内插

step // 步进函数

smoothstep // 艾米内插步进

fract // 获取小数部分
几何函数

length // 矢量长度

distance // 两点间距离

dot // 内积

cross // 外积

normalize // 归一化 

reflect // 矢量反射

faceforward // 使矢量“朝前”
矩阵函数 matrixCmpMult // 逐元素乘法
矢量函数

lessThan // 逐元素小于

lessThanEqual // 逐元素小于等于

greaterThan // 逐元素大于

greaterThanEqual // 逐元素大于等于

equal // 逐元素相等

notEqual // 逐元素不等

any // 任一元素为true则为true

all // 所有元素为true则为true

not // 逐元素取补
纹理函数

textureSize // 获取某级lod纹理的宽高  如：vec2 textureSize(sampler2D sampler, int lod)

 

 

texelFetch // 取得单一texel的颜色值  如：vec4 texelFetch(sampler2D sampler, ivec2 P, int lod)

 

texelFetchOffset // 带Offset取得单一texel的颜色值   如：vec4 texelFetchOffset(sampler2D sampler, ivec2 P, int lod, ivec2 offset)

 

// 设置的过滤采样算法，会影响从texture*函数中得到的颜色值

 

texture // 从纹理上读取颜色值（P为指定的uv坐标，bias为mip的offset）（）  如：vec4 texture(sampler2D sampler, vec2 P [, float bias]) 

textureProj // 用投影方式从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureProj(sampler2D sampler, vec3 P [, float bias])

textureLod // 指定lod从纹理上读取颜色值   如：vec4 textureLod(sampler2D sampler, vec2 P, float lod)

textureOffset // 带Offset从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureOffset(sampler2D sampler, vec2 P, ivec2 offset [, float bias])

textureProjOffset  // 用投影方式带Offset从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureProjOffset(sampler2D sampler, vec3 P, ivec2 offset [, float bias])

textureLodOffset  // 指定lod带Offset从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureLodOffset(sampler2D sampler, vec2 P, float lod, ivec2 offset)

textureProjLod  // 指定lod用投影方式从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureProjLod(sampler2D sampler, vec3 P, float lod)

textureProjLodOffset  // 指定lod用投影方式带Offset从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureProjLodOffset(sampler2D sampler, vec3 P, float lod, ivec2 offset)

textureGrad  // 指定梯度从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureGrad(sampler2D sampler, vec2 P, vec2 dPdx, vec2 dPdy)

textureGradOffset  // 指定梯度带Offset从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureGradOffset(sampler2D sampler, vec2 P, vec2 dPdx, vec2 dPdy, ivec2 offset)

textureProjGrad  // 指定梯度用投影方式从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureProjGrad(sampler2D sampler, vec3 P, vec2 dPdx, vec2 dPdy)

textureProjGradOffset  // 指定梯度带Offset用投影方式从纹理上读取颜色值  如：vec4 textureProjGradOffset(sampler2D sampler, vec3 P, vec2 dPdx, vec2 dPdy, vec2 offset)

 

限定符顺序规则

一般变量中：不变性（invariant ） >  插值（smooth、flat）  > 存储（const、in、out、uniform、centroid in、centroid out）  >  精度（highp、mediump、lowp）

参数变量中：存储（const、in、out、uniform、centroid in、centroid out）  >  参数（in、out、inout）   >  精度（highp、mediump、lowp）

 

帮助手册

OpenGL ES 1.1 API（含GLSL内置函数）帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es1.1/xhtml/

OpenGL ES 2.0 API（含GLSL内置函数）帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es2.0/

OpenGL ES 3.0 API（含GLSL内置函数）帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es3.0/

OpenGL ES 3.1 API（含GLSL内置函数）帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es3.1/

OpenGL ES 3.2 API（含GLSL内置函数）帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/es3/

 

OpenGL 2.1, GLX, and GLU帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl2.1/

OpenGL 4.5 API（含GLSL内置函数）帮助手册：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/

 

Khronos OpenGL and OpenGL ES 参考页：https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/

 

WebGL 1.0 API帮助手册：https://www.khronos.org/registry/webgl/specs/latest/1.0/

WebGL 2.0 API帮助手册：https://www.khronos.org/registry/webgl/specs/latest/2.0/

 

参考卡片

OpenGL ES 2.0（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/opengles/sdk/docs/reference_cards/OpenGL-ES-2_0-Reference-card.pdf

OpenGL ES 3.0（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengles3-quick-reference-card.pdf

OpenGL ES 3.1（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengles31-quick-reference-card.pdf

OpenGL ES 3.2（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengles32-quick-reference-card.pdf 

 

OpenGL 3.2（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl-quick-reference-card.pdf

OpenGL 4.1（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl41-quick-reference-card.pdf

OpenGL 4.2（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl42-quick-reference-card.pdf

OpenGL 4.3（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl43-quick-reference-card.pdf

OpenGL 4.4（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl44-quick-reference-card.pdf

OpenGL 4.5（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl45-quick-reference-card.pdf

OpenGL 4.6（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/opengl46-quick-reference-card.pdf 

 

WebGL 1.0（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/webgl/webgl-reference-card-1_0.pdf

WebGL 2.0（含API和GLSL）参考卡片：https://www.khronos.org/files/webgl20-reference-guide.pdf

 

Vulkan 1.0（含API）参考卡片：https://www.khronos.org/files/vulkan10-reference-guide.pdf

Vulkan 1.1（含API）参考卡片：https://www.khronos.org/files/vulkan11-reference-guide.pdf

Vulkan各版本specs：https://registry.khronos.org/vulkan/specs/

Vulkan 1.0 Core API + all published Extensions：https://registry.khronos.org/vulkan/specs/1.0-extensions/html/

Vulkan 1.1 Core API + all published Extensions：https://registry.khronos.org/vulkan/specs/1.1-extensions/html/

Vulkan 1.2 Core API + all published Extensions：https://registry.khronos.org/vulkan/specs/1.2-extensions/html/index.html 

Vulkan 1.3 Core API + all published Extensions：https://registry.khronos.org/vulkan/specs/1.3-extensions/html/index.html

 

参考

高级GLSL

docs.gl

LearnOpenGL CN（纹理）

posted on 2021-02-18 13:16  可可西  阅读(3570)  评论(0)  编辑  收藏  举报

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