OpenGL编程语言-glsl基础

最近在研究OpenGL 被各种陌生的名词虐成狗,所以记录下来一些学习知识点供学习和参考.

GLSL是什么?

GLSL(OpenGL Shading Language) 是OpenGL的着色器语言,纯粹的和GPU打交道的计算机语言.可以理解为C的变种专门针对OpenGL编程,不支持指针等等一些C的特性等. (名词解释:着色器(Shader))

GPU是多线程并行处理器，GLSL直接面向 单指令流多数据流(SIMD) 模型的多线程计算。

GLSL编写的着色器函数是对每个数据同时执行的。

每个顶点都会由顶点着色器中的算法处理，每个像素也都会由 片段着色器(也有叫片元着色器) 中的算法处理。

初学者在编写自己的着色器时，需要考虑到SIMD的并发特性，并用并行计算的思路来思考问题 这就是GLSL.

我们最常见的用法是在 顶点着色器 里生成所需要的值，然后传给 片断着色器 用.

GLSL能做什么

• 日以逼真的材质 – 金属，岩石，木头，油漆等
• 日益逼真的光照效果 – 区域光和软阴影
• 非现实材质 – 美术效果，钢笔画，水墨画和对插画技术的模拟
• 针对纹理内存的新用途
• 更少的纹理访问
• 图形处理 – 选择，边缘钝化遮蔽和复杂混合
• 动画效果 – 关键帧插值，粒子系统
• 用户可编程的反走样方法

GLSL注意

• GLSL支持函数重载 (就是父类定义方法,子类复写该方法叫重载)
• GLSL不存在数据类型的自动提升(就是不支持类型自动向上转换 eg:float 转 double)，类型必须严格保持一致.
• GLSL不支持指针，字符串，字符，它基本上是一种处理数字数据的语言
• GLSL不支持联合(union)、枚举类型(enum)、结构体(stuct)位字段(>> or << 左右移)及按位运算符(| or &这种按位与) (就是干掉麻烦的C操作 让这个更单纯的处理图形数据使用)

GLSL的数据类型

GLSL有三种基本数据类型:

• float
• int
• double
• 由float、int、double组成的array[]或者结构体

42 // 十进制
042 // 八进制
0x2A // 十六进制

注意:GLSL不支持指针,GLSL把向量和矩阵作为基本数据类型

向量(vector) :有起始位置有方向的线段,也称作 矢量 (不要被这些名词吓到,我记得这个向量是我高二的时候数学学的东西).

矢量

矢量可以和标量甚至矩阵做加减乘除(必须遵守一定规则才可以 否则报错)

vec2, vec3, vec4 //包含2/3/4个浮点数的矢量(浮点型)
ivec2, ivec3, ivec4 //包含2/3/4个整数的矢量(整形数 前边带i 代表integer)
bvec2, bvec3, bvec4 //包含2/3/4个布尔值的矢量(bool不用解释)

上边这些是一种GLSL的数据类型, 可以简单理解为 vec+数字 就代表 是一个数组里面放几个元素(应该都是 vec2~vec4之间,没见过 vec5以上和vec2以下,好像这就代表几维坐标系),默认元素是float浮点类型,前边带 i 代表 integer 整形, b 代表 bool .

vec如何声明使用？

vec3 v; //声明三维浮点型向量v
v[1] = 3.0; //给向量v的第二个元素赋值(数组从0开始,下标为1就是第二个元素)

//下面两种等价
vec3 v = vec3(0.6); //数组是连续的存储空间 相当于其它元素默认被这个0.6值填充
vec3 v = vec3(0.6,0.6,0.6);

注意: 除了用索引方式外,还能用选择运算符的方式来使用向量.择运算符是对于向量的各个元素（最多为4个）约定俗成的名称，用一个小写拉丁字母来表示。根据向量表示对象的意义不同，可以使用以下选择运算符:

• 表示顶点可以用 (x、y、z、w) (坐标系)
• 表示颜色可以用 (r、g、b、a) (颜色值带透明)
• 表示纹理坐标用 (s、t、p、q)
  三种任选一种都一样,作用都是等效的. 也就是说，如果 v 是一个向量，那么:
• v[0]
• v.x
• v.r
• v.s
  都指的是向量v的第一个元素。
  例如:

//用构造函数的方式声明并初始化四维浮点型
vec4 v1 = vec4(1.0, 2.0, 3.0, 4.0); 
vec4 v2; 
v2.xy=v1.yz; //将v1的第二个和第三个元素复制到v2的第一个和第二个元素
v2.z=2.0; //给v2的第三个元素赋值
v2.xy=v1.yx; //将v1的头两个元素互换，再复制到v2的头两个元素中

矩阵(matrix)

矩阵(matrix)以下类型都以mat开头

• mat2 代表2x2的矩阵
• mat3 代表3x3的矩阵
• mat4 代表4x4的矩阵
  注意:矩阵是按列顺序组织的，先列后行

如下代码:

mat4 m; //声明四维浮点型方阵m
m[2][3]=2.0; //给方阵的第三列、第四行元素赋值

// 下面两种等价，初始化矩阵对角
mat2 m = mat2(1.0)
mat2 m = mat2(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);

取样器(Sampler)

纹理查找需要制定哪个纹理或者纹理单元将制定查找.

sampler1D // 访问一个一维纹理
sampler2D // 访问一个二维纹理
sampler3D // 访问一个三维纹理
samplerCube // 访问一个立方贴图纹理
sampler1DShadow // 访问一个带对比的一维深度纹理
sampler2DShadow // 访问一个带对比的二维深度纹理

uniform sampler2D grass;

vcc2 coord = vec2(100, 100);
vec4 color = texture2D(grass, coord);

如果一个着色器在程序里结合多个文理, 可以使用取样器数组.

const int tex_nums = 4;
uniform sampler2D textures[tex_nums];

for(int i = 0; i < tex_nums; ++i) {
 sampler2D tex = textures[i];
 // todo ...
}

结构体

这是唯一的用户能用的自定义类型

struct light 
{ 
 vec3 position; 
 vec3 color; 
}; 

light ceiling_light;

数组

数组索引是从0开始的，而且没有指针概念

// 创建一个10个元素的数组
vec4 points[10]; 

// 创建一个不指定大小的数组
vec4 points[]; 
points[2] = vec4(1.0); // points现在大小为3
points[7] = vec4(2.0); // points现在大小为8

void

只能用于声明函数返回值

类型转换

必须明确地进行类型转换，不会自动类型提升

float f = 2.3; 
bool b = bool(f); // b is true

限定符

GLSL中有4个限定符（variable qualifiers）可供使用，它们限定了被标记的变量不能被更改的”范围”.

• const
• attribute
• uniform
• varying

const : 和C++里差不多，定义不可变常量

表示限定的变量在编译时不可被修改.

attribute :是应用程序传给顶点着色器用的

不允许声明时初始化

attribute 限定符标记的是一种全局变量,该变量在顶点着色器中是只读（read-only）的，该变量被用作从OpenGL应用程序向顶点着色器中传递参数，因此该限定符仅能用于顶点着色器.

uniform :一般是应用程序用于设定顶点着色器和片断着色器相关初始化值.不允许声明时初始化. uniform 限定符标记的是一种全局变量,该变量对于一个图元（ primitive ）来说是不可更改的 它可以从 OpenGL 应用程序中接收传递来的参数

varying :用于传递顶点着色器的值给片断着色器.它提供了从顶点着色器向片段着色器传递数据的方法，varying限定符可以在顶点着色器中定义变量，然后再传递给光栅化器，光栅化器对数据插值后，再将每个片段的值交给片段着色器.

注意:以上这几种限定符很重要

限制性

• 不能在if-else中声明变量
• 用于判断的条件必须是bool类型(if,while,for…)
• (?:)操作符后两个参数必须类型相同
• 不支持switch语句

vec4 toonify(in float intensify) 
{
 vec4 color;
 color = vec4(0.8,0.8,0.8,0.8)
 return color;
}

discard

discard 关键字可以避免片段更新帧缓冲区，当流控制遇到这个关键字时，正在处理的片段就会被标记为丢.

如果不理解什么叫标记为丢 可以参考一下UIView的绘制过程

函数

• 函数名可以通过参数类型重载，但是和返回值类型无关
• 所有参数必须完全匹配，参数不会自动
• 函数不能被递归调用
• 函数返回值不能是数组

函数参数标识符

• in : 进复制到函数中，但不返回的参数(默认)
• out : 不将参数复制到函数中，但返回参数
• inout : 复制到函数中并返回

混合操作

通过在选择器(.)后列出各分量名，就可以选择这些分量

vec4 v4;
v4.rgba; // 得到vec4
v4.rgb; // 得到vec3
v4.b; // 得到float
v4.xy; // 得到vec2
v4.xgba; // 错误！分量名不是同一类

v4.wxyz; // 打乱原有分量顺序
v4.xxyy; // 重复分量

最后推荐一个GLSL编辑调试工具 OpenGL Shader Builder(Graphics Tools.dmg)

总结:

由于本人记性不好使 找东西有时候总找不到 把一些 名词知识点收录出来并加以解释 方便后来的学习者学习.

iOS开发-OpenGL ES入门教程2

全文完

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