opengl之vsh、fsh简易介绍+cocos2dx 3.0 shader 变灰

认识着色器

理解OpenGL渲染管线，对于学习OpenGL非常重要。下面是OpenGL渲染管线的示意图：（图中淡蓝色区域是可以编程的阶段）

此图是从wiki中拿过来的，OpenGL的渲染管线主要包括：

准备顶点数据（通过VBO、VAO和Vertex attribute来传递数据给OpenGL）
顶点处理（这里主要由Vertex Shader来完成，从上图中可以看出，它还包括可选的Tessellation和Geometry shader阶段）
顶点后处理（主要包括Clipping,顶点坐标归一化和viewport变换）
Primitive组装(比如3点组装成一个3角形）
光栅化成一个个像素
使用Fragment shader来处理这些像素
采样处理（主要包括Scissor Test, Depth Test, Blending, Stencil Test等）。

OpenGL Shader Language,简称GLSL，它是一种类似于C语言的专门为GPU设计的语言，它可以放在GPU里面被并行运行。

opengl es的着色器有.fsh和.vsh两个文件。这两个文件在被编译和链接后就可以产生可执行程序与GPU交互。

.vsh 是 vertex shader，用与顶点计算，可以理解控制顶点的位置，在这个文件中我们通常会传入当前顶点的位置，和纹理的坐标。

例如：

 1 attribute vec4 position; 
 2 attribute vec4 inputTextureCoordinate;
 3 
 4 varying vec2 textureCoordinate;
 5 
 6 precision mediump float;
 7 uniform float overTurn;
 8 
 9 void main()
10 {
11 gl_Position = position;
12     if (overTurn>0.0) {
13         textureCoordinate = vec2(inputTextureCoordinate.x,overTurn-inputTextureCoordinate.y);
14     }
15     else
16         textureCoordinate = vec2(inputTextureCoordinate.x,inputTextureCoordinate.y);
17 }

首先，每一个Shader程序都有一个main函数，这一点和c语言是一样的。

这里面有两种类型的变量，一种是attribute，另一种是varying.

attribute是从外部传进来的，每一个顶点都会有这两个属性，所以它也叫做vertex attribute（顶点属性）。

而varying类型的变量是在vertex shader和fragment shader之间传递数据用的。

这里的变量命名规则保持跟c一样就行了，注意gl_开头的变量名是系统内置的变量，所以大家在定义自己的变量名时，请不要以gl_开头。

而CC_MVPMatrix是一个mat4类型的变量，它是在cocos2d-x内部设置进来的。

即：

attribute：外部传入vsh文件的变量每帧的渲染的可变参数变化率高用于定义每个点。

varying：用于 vsh和fsh之间相互传递的参数。

precision mediump float 定义中等精度的浮点数。

uniform 外部传入vsh文件的变量变化率较低对于可能在整个渲染过程没有改变只是个常量。

在main()当overTurn大于0的时候，函数里面做的事情就是将纹理y轴反转。

vertex shader是作用于每一个顶点的，如果vertex有三个点，那么vertex shader会被执行三次。

.fsh 是片段shader。在这里面我可以对于每一个像素点进行重新计算。

 1 varying highp vec2 textureCoordinate;
 2 precision mediump float;
 3 uniform sampler2D videoFrame;
 4 
 5 vec4 memoryRender(vec4 color)
 6 {
 7     float gray;
 8     gray = color.r*0.3+color.g*0.59+color.b*0.11;
 9     color.r = gray;
10     color.g = gray;
11     color.b = gray;
12     
13     color.r += color.r*1.5;
14     color.g = color.g*2.0;
15     
16     if(color.r > 255.0)
17     color.r = 255.0;
18     if(color.g > 255.0)
19     color.g = 255.0;
20     
21     return color;
22 }
23 
24 void main()
25 {
26     vec4 pixelColor;
27 
28     pixelColor = texture2D(videoFrame, textureCoordinate);
29     
30     gl_FragColor = memoryRender(pixelColor);
31 }

varying highp vec2 textureCoordinate 就是从vsh中传过来了纹理坐标。

uniform sampler2D videoFrame 是我们真正的纹理贴图。

texture2D(videoFrame, textureCoordinate) 将纹理中的每个像素点颜色取出到pixelColor。

可以用memoryRender(pixelColor)将取到像素点重新加工。

fragment shader中也有一个main函数，同时我们看到这里也声明了一个与vertex shader相同的变量textureCoordinate。前面我们讲过，这个变量是用来在vertex shader和fragment shader之间传递数据用的。所以，它们的参数类型必须完全相同。如果一个是vec3,一个是vec4，shader编译的时候是会报错的。

而gl_FragColor我们知道它肯定是一个系统内置变量了，它的作用是定义最终画在屏幕上面的像素点的颜色。

总结：

对于着色器的编程并不是很困难，完全是C的语法。但是debug比较麻烦，对于类型的约束也很严格，必须是相同类型的才能进行算术运算。我们理解了这两个文件之后，就可以发挥我们的想象对纹理图片做出各种的处理。

另有人总结：

vsh 负责搞定像素位置 ,填写 gl_Posizion 变量，偶尔搞定一下点大小的问题，填写 gl_PixelSize。

fsh 负责搞定像素外观，填写 gl_FragColor ，偶尔配套填写另外一组变量。

他们都是一个像素运行一次的，也可能运行多次。为了“这一像素”而努力计算。

程序的版本是cocos2dx 3.0.vs 2012.

代码如下：

 1 #ifndef  __GLTesting_H_
 2 #define  __GLTesting_H_
 3 
 4 #include "cocos2d.h"
 5 
 6 USING_NS_CC;
 7 
 8 class GLTestingLayer : public cocos2d::Layer
 9 {
10 public:
11     static cocos2d::Scene* createScene();
12     virtual bool init();  
13     void menuCloseCallback(cocos2d::Ref* pSender);
14     CREATE_FUNC(GLTestingLayer);
15     void graySprite(Sprite * sprite);
16     virtual void visit( Renderer* renderer, const kmMat4 &parentTransform, bool parentTransformUpdated ) override;
17     void onDraw();
18 private:
19     CustomCommand _command;
20 };
21 #endif // ! __GLTesting_H_

GLTestingLayer

 1 #include "GLTestingLayer.h"
 2 
 3 cocos2d::Scene* GLTestingLayer::createScene()
 4 {
 5     auto scene = Scene::create();
 6     auto layer = GLTestingLayer::create();
 7     scene->addChild(layer);
 8     return scene;
 9 }
10 
11 bool GLTestingLayer::init()
12 {
13     if ( !Layer::init() )  
14     {  
15         return false;  
16     }  
17 
18     this->setPosition(0,0);
19     Size visibleSize = Director::getInstance()->getVisibleSize();  
20     auto sprite = Sprite::create("HelloWorld.png");  
21     sprite->setAnchorPoint(Point(0.5, 0.5));  
22     sprite->setPosition(Point(visibleSize.width / 2, visibleSize.height / 2));  
23     this->addChild(sprite);  
24     graySprite(sprite);  
25 
26     this->setShaderProgram( ShaderCache::getInstance()->getProgram(GLProgram::SHADER_NAME_POSITION_COLOR));
27 
28     return true;  
29 }
30 
31 void GLTestingLayer::menuCloseCallback( cocos2d::Ref* pSender )
32 {
33 
34 }
35 
36 void GLTestingLayer::graySprite( Sprite * sprite )
37 {
38     if(sprite)  
39     {   
40         GLProgram * p = new GLProgram();  
41         p->initWithFilenames("gray.vsh", "gray.fsh");  
42         p->bindAttribLocation(GLProgram::ATTRIBUTE_NAME_POSITION, GLProgram::VERTEX_ATTRIB_POSITION);  
43         p->bindAttribLocation(GLProgram::ATTRIBUTE_NAME_COLOR, GLProgram::VERTEX_ATTRIB_COLOR);  
44         p->bindAttribLocation(GLProgram::ATTRIBUTE_NAME_TEX_COORD, GLProgram::VERTEX_ATTRIB_TEX_COORDS);  
45         p->link();  
46         p->updateUniforms();  
47         sprite->setShaderProgram(p);  
48     }  
49 
50 }
51 
52 void GLTestingLayer::visit( Renderer* renderer, const kmMat4 &parentTransform, bool parentTransformUpdated )
53 {
54     Layer::visit( renderer, parentTransform, parentTransformUpdated );
55     _command.init(_globalZOrder);
56     _command.func = CC_CALLBACK_0(GLTestingLayer::onDraw,this);
57     Director::getInstance()->getRenderer()->addCommand(&_command);
58 }
59 
60 void GLTestingLayer::onDraw()
61 {
62     auto glProgram = this->getShaderProgram();
63     glProgram->use();
64     glProgram->setUniformsForBuiltins();
65     glPointSize( 10.0f);
66     glColor4f( 0.0f,1.0f,0.0f,1.0f);
67     auto size = Director::getInstance()->getWinSize();
68 
69     float vertercies[] = { 100,100,
70                             200, 200,
71                             300, 100 };
72     float color[] = { 1,0,0,1,
73                       0,1,0,1,
74                       0,0,1,1 };
75     GL::enableVertexAttribs(GL::VERTEX_ATTRIB_FLAG_POSITION | GL::VERTEX_ATTRIB_FLAG_COLOR );
76     glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_POSITION, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, vertercies );
77     glVertexAttribPointer(GLProgram::VERTEX_ATTRIB_COLOR, 4, GL_FLOAT,GL_TRUE, 0, color);
78     // 绘制三角形  
79     glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0 ,3 );
80     //通知cocos2d-x 的renderer，让它在合适的时候调用这些OpenGL命令  
81     CC_INCREMENT_GL_DRAWN_BATCHES_AND_VERTICES(1,3);
82     CHECK_GL_ERROR_DEBUG();
83 
84 }

GLTestingLayer.cpp

内有利用shader使得sprite变灰的代码。

下面是变灰所用到的vsh和fsh文件。

 1 attribute vec4 a_position;
 2 attribute vec2 a_texCoord;
 3 attribute vec4 a_color;
 4                     
 5 
 6 varying vec4 v_fragmentColor;
 7 varying vec2 v_texCoord;
 8                                 
 9 void main()    
10 {                            
11     gl_Position = CC_PMatrix * a_position;
12     v_fragmentColor = a_color;
13     v_texCoord = a_texCoord;
14 }

gray.vsh

 1 varying vec4 v_fragmentColor;    
 2 varying vec2 v_texCoord;    
 3 uniform sampler2D CC_Texture0;    
 4         
 5 void main()            
 6 {
 7     vec4 v_orColor = v_fragmentColor * texture2D(CC_Texture0, v_texCoord);
 8     float gray = dot(v_orColor.rgb, vec3(0.299, 0.587, 0.114));
 9     gl_FragColor = vec4(gray, gray, gray, v_orColor.a);
10 }

gray.fsh

posted on 2014-09-01 17:53 Ming明、阅读(19923) 评论(5) 编辑收藏举报