类型1.2

着色语言是一种易于实现、功能强大、便于使用并且可以高度并行处理、性能优良的高级图形编辑语言。

对顶点着色器、片元着色器、曲面细分着色器、几何着色器以及计算着色器使用相同的语言不做区分

基于C/C

true/false有符号整型/无符号整型——int/uint

一般情况使用有符号整型

C语言中也可以自定义结构体来支持向量但进行向量运算必须由CPU

将每个分量依次顺序计算效率不高。

着色器中的向量由硬件原生支持进行向量的运算时是各分量并行一次完成的n个分量只需要一次计算。

向量在着色器中可以很方便的存储及操作颜色、位置、纹理坐标等不仅包含一个组成部分的量。

vec

给向量aPosition的z轴分量赋值将向量看作纹理坐标时可以使用s、t、p、q

aTexColor.s

场景中的移位、旋转、缩放等变换都是由矩阵的运算来实现的故着色器提供了对矩阵类型的支持。

矩阵按尺寸分为

矩阵、2

着色器语言中不同于C语言的一种特殊基本数据类型专门用来进行纹理采样的相关操作。

一般情况下采样器变量都用uniform

用于访问浮点型的立方贴图纹理samplerCubeShadow

用于访问浮点型的二维纹理数组sampler2DArrayShadow

用于访问无符号整型的立方贴图纹理usampler2DArray

结构体

着色语言支持自定义数组着色器语言只支持一维数组不支持二维数组。

方式一

由字母、数字、下划线组成且必须以字母或者下划线开头。

系统很多内建变量以“gl_”开头自定义变量不允许使用“gl_”

作为开头建议。

取名尽量采用有意义的拼写多个单词组合时第一个字母小写其余采用驼峰命名建议。

vec4

初始化矩阵的各个元素可以i使用字面常量也可以使用变量还可以从其他向量直接获取。

初始化时若矩阵只有对角线上有值且相同可以通过给出1个字面常量初始化矩阵。

初始化时矩阵M1

小于构造器中矩阵

为了防止重复计算着色器中应少用字面长两个而用常量代替如有多个1.0、0.0可以声明常量重复使用。

常用初始化方式为变量可以在声明的时候就进行初始化

int

1.0;全局的输入变量、一致变量以及输出变量在声明的时候一定不能进行初始化

int

运算符说明运算符说明()括号分组[]数组下标()函数调用和构造函数结构.用于成员选择与混合

–自增自减前缀

不等于逐位与^逐位异或|逐位或逐位与^^逻辑异或||逐位或?:选择

/赋值运算符%

用在对数组、向量或者矩阵的操作中获取数组、向量或者矩阵的元素。

float

的三个分量赋值一次混合最多只能列出4个分量名称且一次出西安的各部分的分量名称必须时来自同一名称组各分量的名称在进行混合时可以改变顺序以进行重新排列以赋值表达式中的“”

为界做测成为L

值。

进行混合时R值可以使用一个向量的各个分量任意地组合以及重复。

算数运算符

如果想要得到两个向量中的每一个元素比较大小的结果则可调用内置函数

实现。

等于运算符可以用在任意类型数据的操作中。

如果想要得到向量中的每一个元素是否相等可以调用内置函数

equal

用在类型为布尔标量的表达式中不可以用在矩阵中。

选择运算符的使用与

1.4

构造函数的使用可以看作函数调用函数名称是某一数据类型的名称结果是得到的指定类型的实例。

构造函数还可以用来进行数据类型的转换。

向量的构造函数可以用来创建指定类型向量的实例其入口参数一般可以为基本类型的字面常量、变量或其他向量。

如果向量构造函数内只有一个标量那么该向量的所有分量都等于该值如果向量的构造函数内有多个标量或者向量参数那么向量的分量则由左向右一次被赋值。

在这种情况下参数的分量和向量的分量至少要一样多。

如果向量构造函数的参数与对应的向量类型不相符则会选择数据类型转换的方式转换参数类型与向量类型匹配。

vec4

如果矩阵的构造函数内只有一个标量值那么矩阵的对角线上的分量都等于该值其余值为0。

举着可以由许多向量构造而成。

矩阵可以由大量的标量构成矩阵的分量由左向右依次被赋值。

如果一个结构体被定义并且赋予了一个类型名即可用该类型名去构造该结构体的实例。

struct

数组类型同样可以作为构造函数的名称该构造函数同样适用于初始化或者表达式。

使用数组的构造函数时需要保证参数的个数与定义的数组长度相同。

const

着色器没有提供类型的自动提升功能着色器没有提供数据类型强转的功能只能通过构造函数来完成类型转换

float

去掉小数点着色器语言的设计可以避免类型转换带来的性能、复杂性缺陷简化了对硬件实现

float

输入变量其形成当前着色器与渲染管线前一阶段的动态输入接口。

输入变量的值实在着色器开始执行时由渲染管线的前一阶段送入。

在着色器程序执行过程中变量不可以被重复赋值。

使用情况

用来接收渲染管线传递进顶点着色器的当前待处理顶点的各种属性值。

属性值每个顶点各自拥有独立的副本用于描述顶点的各项特性如顶点坐标、法向量、颜色、纹理坐标等。

修饰的变量的值

实质是由宿主程序批量传入渲染管线管线进行i基本处理后再传递给顶点着色器。

数据有多少顶点就调用多少次顶点着色器每次将一个顶点的各种属性传递给in变量。

因此顶点着色器每次执行将完成对一个顶点各项属性数据的处理。

顶点着色器的in限定符只能用来修饰浮点数标量、浮点数向量、矩阵变量以及有符号合伙则会无符号的整型标量或者整型向量。

顶点着色器中使用

用来接收来自前一阶段着色器一般是顶点着色器的相关数据最典型的是接收根据顶点着色器的顶点数据插值产生的片元数据。

可以修饰的类型包括有符号或者无符号的整型标量或整型向量、浮点数标量、浮点数向量、矩阵变量、数组变量以及结构体变量。

当类型为有符号和或无符号整型标量或整型向量时变量也必须使用flat限定符来修饰。

layout

一致变量指对于同一组顶点组成的单个3D物体中所有顶点都相同的量。

可以使用在顶点着色器或片元着色器中其支持用来修饰所有的基本数据类型。

一致变量的值也是从宿主程序传入。

unform

限定的变量又称输出变量其形成当前着色器与渲染管线后继阶段的动态输出接口。

通常在当前着色器程序执行完毕时输出变量的值才被送入后继阶段进行处理。

不能在着色器中声明同时起到输入和输出作用的inout

全局变量使用情况

修饰全局变量被修饰的全局变量用于向渲染管线后继阶段传递当前顶点的数据可以用来修饰浮点型标量、浮点型向量、矩阵变量、有符号或无符号的整型标量或整型向量、数组变量及结构体变量。

当顶点类型为有符号或无符号整型标量或整型向量时变量必须使用flat限定符来修饰。

顶点着色器out变量的工作原理

首先顶点着色器在每个顶点中都对out

的值时得到的并不是某个顶点赋的特定值而是根据图元所在位置及图元中各个顶点的位置进行插值计算产生的值。

变量。

同时渲染管线就会调用多少次片元着色器。

一般情况下对一个3D

硬件中配置的片元着色器硬件数量往往多余顶点着色器硬件数量通过这些硬件单元的并行执行提高渲染速度。

顶点着色器的后继阶段一般是片元着色器但也有可能是曲面系分着色器或几何着色器。

只能用

输出变量一般指的是由片元着色器写入计算完成后片元颜色值的变量一般在片元着色器的最后都需要对其进行赋值然后将其送入渲染管线的后继阶段进行处理。

out

限定符只能用来修饰浮点型标量、浮点型向量、有符号或无符号的整型标量或整型向量以及数组变量。

片元着色器中使用

只读变量值是不变的也就是常量又称编译时常量。

声明时必须初始化。

在着色器外部是完全不可见的。

声明整型常量const

主要用于控制顶点着色器传到片元着色器数据的插值方式。

顶点着色器的

out

参数的默认限定符是在光栅化阶段由管线根据片元所属图元各个顶点对应的顶点着色器对

out

的值不是在光栅化阶段插值产生的一般是由图元的最后一个顶点对应的顶点着色器对此

out

变量所赋的值决定。

此时图元中每个片元的此项值都相同。

若顶点着色器中的out

类型为整型标量或整型向量则变量必须使用

限定符修饰。

若片元着色器中的输入变量的类型为整型标量或整型向量变量必须使用

flat

多个一致变量的声明可以通过类似结构体形式的接口块实现该接口块又称

一致块。

一致块的数据是通过缓冲对象送入渲染管线的以一致块的形式批量传送数据比单个传送效率高。

一致块内不允许声明in

out

变量、采样器类型的变量也不能定义结构体类型。

内建变量、数组变量及已定义结构体类型的变量可以作为一致块的成员变量。

创建一致块时可以声明实例名也可以不声明。

基本语法//

实例名是一致块的实例名称命名规则与一致块名称相同。

[layout

限定符]

一致块内的成怨怒变量与在块外一样名称作用域时全局的开发时可以直接通过一致块的成员变量名称访问对应变量。

声明实例名

一致块内成员变量的作用域为从声明开始到一致块结束变成时通过实例名

.成员变量

引用值。

可以作为接口块的一部分也可以单独修饰接口块中的成怨怒。

可以用于修饰被接口限定修饰符的单独变量

语法//

一致块可以用layout限定符一般还需要给出所需的属性设置std140

std140

参数序列的参数除了可以指定类型外还可以指定用途。

常用用途如下//

修饰的参数为输入参数进攻函数接收外界传入的值若某个参数没有明确给出用途修饰符等同于使用in

修饰符//

修饰符修饰的参数为输出参数在函数中对输出参数赋值可以将值传递到哦调用其的外界变量中。

需要注意的是在调用时不可以使用字面常量const//

inout

修饰的参数为输入输出参数具有输入输出两种参数的功能。

输入输出参数在调用时也不可以使用字面常量const。

[精度限定符]

返回类型

k;在同一个片元着色器种浮点或整型相关类型的变量都选用同一精度则可以指定整个着色器中相关类型的默认精度

precision

启动GL_ARB_separate_shader_objects

必要扩展

GL_ARB_shading_language_420pack

enable

启动GL_ARB_shading_language_420pack

必要扩展

着色器中提供的用来满足特定需求的内建变量内建变量不需要声明一般用来实现渲染管线固定功能部分与可编辑着色器顶点、片元、几何、曲面系分着色器之间的信息交互可分为两类

输入变量与输出变量

负责将着色器中产涩会给你的信息传递给渲染管线中的固定功能部分。

2.1

gl_InstanceID分别为当前处理顶点的整数索引以及当前处理实例的整数索引以及当前处理实例的整数索引。

gl_VertexID

类型为

这两个变量分别用来存放处理后顶点的位置和顶点的尺寸。

gl_Position

顶点着色器从渲染管线中获得原始的顶点位置数据这些原始的顶点位置数据在顶点着色器中经过平移、旋转、缩放、摄像机观察、摄影等数学变换后生成新的顶点位置。

gl_Position

写入的顶点位置数据爷必须与其类型一致。

几乎在所有的顶点着色器中都必须对gl_Position

gl_PointSize

片元深度值可以对其赋值然后送进深度缓冲参与后继计算。

gl_FragCoord

内建变量gl_FragCoordvec4

是一个布尔型的内建变量通过读取该值可以判断正在处理的片元是否数与在光栅阶段生成此片元的对应图元的正面。

如果属于正面值为true反之

false。

一般用于开发双面光照功能相关的程序中。

对于点、线没有正反面的图元默认正面。

对于三角形图元来说正反面取决于应用程序中对卷绕的设置以及图元中顶点的具体卷绕情况。

gl_PointCoord

1.0。

如果当前图元不是一个点或者未启用点精灵gl_PointCoord

2.3

内建常量适用于所有的着色器用来限制每种属性高变量的数量。

也就是用来规定每种自定义变量数量的最大值。

不同品牌、不同型号的设备内建常量的默认值不同。

下表的默认值为可能默认值的最小值。

内建常量默认值说明const

gl_MaxVertexUniformComponents1024顶点着色器

uniform

gl_MaxVertexOutputComponents64顶点着色器

out

gl_MaxVertexTextureImageUnits16顶点着色器中科利用的纹理单元数量的最大值const

mediump

gl_MaxCombinedTextureImageUnits80顶点着色器和片元着色器中可利用的纹理单元数量的最大值的总和const

mediump

gl_MaxTextureImageUnits16片元着色器中可利用的纹理图像单元数量的最大值const

mediump

gl_MaxFragmentInputComponents128片元着色器

mediump

gl_MaxFragmentUniformComponents1024片元着色器

uniform

gl_MaxDrawBuffers8片元着色器中多重渲染目标数量的最大值

内置函数

着色器提供了很多内置函数这些函数大多已经被重载一般四种变体分别用来接收和返回

genBType

内置函数通常以最有方式实现有部分函数甚至由硬件直接支持。

大部分内置函数同时适用于顶点、片元、集合、曲面细分等着色器也有部分只适用于顶点或者片元着色器内置函数按照设计目的可以分为3个类别

提供独特硬件功能的访问接口如纹理采样系列函数用户无法自行开发。

简单的数学函数内置函数相比自己开发效率更高是厂商根据硬件的特点用最高效的方式实现的。

一些复杂的函数如三角函数等用户可以自己编写编写过程繁琐。

主流硬件往往都有将进行这些计算的专用指令更高效。

3.1

的整数部分存入输出变量i。

同时返回值以及输出变量i的符号与x相同genType

min(genType

value)将表示浮点的比特序列看作表示整数的比特序列并将对应的整数返回genUType

value)将表示浮点的比特序列看作表示整数的比特序列并将对应的整数返回genType

value)将表示整数的比特序列看昨表示附带念书的比特序列genType

float

x[0]∗y[0]x[1]∗y[1]x[2]∗y[2]...vec3

cross(vec3

​x[1]∗y[2]−y[1]∗x[2]x[2]∗y[0]−y[2]∗x[0]x[0]∗y[1]−y[0]∗x[1]​

​genType

分别看成只有一列的矩阵和只有一行的矩阵并将其进行线性矩阵乘积产生一个新的矩阵mt2

transpose(mat2

textureSize(gsampler2DArrayShadow

sampler,

参数的前几个分量不含最后一个分别除以最后一个分量所得gvec4

sampler,

texelFetchOffset(gsampler2DArray

sampler,

textureProjOffset(sampler2DShadow

sampler,

textureLodOffset(sampler2DShadow

sampler,

textureProjOffset(gsampler2DArray

sampler,

textureProjLodtextureProjLod(gsampler2D

sampler,

textureProjLodOffset(gsampler2D

sampler,

textureProjLodOffset(gsampler2D

sampler,

textureProjLodOffset(gsampler3D

sampler,

textureProjLodOffset(sampler2DShadow

sampler,

textureGrad(sampler2DArrayShadow

sampler,

textureGradOffset(sampler2DShadow

sampler,

textureGradOffset(gsampler2DArray

sampler,

textureGradOffset(sampler2DArrayShadow

sampler,

textureProjGrad(sampler2DShadow

sampler,

textureProjGradOffset(gsampler2D

sampler,

textureProjGradOffset(gsampler2D

sampler,

textureProjGradOffset(gsampler3D

sampler,

textureProjGradOffset(sampler2DShadow

sampler,

round(clamp(c,0,1)∗65535.0highp

vec2

round(clamp(c,−1,1)∗127.0)highp

vec4

在同样的着色器程序多次运行时同一个表达式在同样输入值的情况下多次运行结果不精确一致的情况。

大部分情况下值变不影响最终效果的正确性。

以下几种情况可以使用

invariant

修饰符修饰的变量片元着色器中内奸的输出变量片怨怒着色器中声明的以

out

此部分代码只能位于着色器程序的前面且不能在片元着色器中使用//

方式一invariant

在真正的编译开始之前由编译器调用的独立程序处理编译过程中所需的源字符串遵循

C/C

预处理器说明#预处理#define定义宏#define删除事先定义的宏#if条件测试#ifdef条件测试是否定义#ifndef条件测试是否未定义#else条件测试#elif条件测试#endif条件测试结束编译块的控制#error将诊断信息保存到着色器对象的信息日志中#pragma允许依赖于实现的编译控制。

如默认情况下

开启着色器优化

optimize(off)#extension激活指令的扩展行为#line#line后面是整型常量表达式表示从其开始的起始行号

GL_

的宏名称都是着色器语言保留的。

重定义内建宏名和预定义宏名是错误的

预定义宏说明__LINE__当前按被编译代码行的行号十进制整数__FILE__当前被处理的源代码字符串符号十进制整数__VERSION__用来替代着色器语言的版本号

类似如果定义了宏没有给出其替代表达式并不会默认其替代表达式为“0”预定义表达式在编译时执行可操作符如下

优先级操作符类型操作符结合性1最高()NA2一元操作符define

!从右到左3乘、除、取余

从左到右8比特与从左到右9比特异或^从左到右10比特或|从左到右11逻辑与从左到右12(最低)逻辑或||从左到右

着色器语言的编译器必须反馈不符合规范的编译时词法和语法错误同时任何扩展行为必须先启用才能使用控制编译器使用的扩展行为

#extension

扩展名:扩展行为扩展名为各个硬件厂商提供的特殊功能扩展的名称使用时查阅厂商提供资料编译器的初始状态为

#extension

all:disable意味着编译器关闭任何扩展主要包含以下类型

扩展行为主要的扩展行为require说明需要指定扩展名的扩展如果编译器不支持指定扩展名对应的扩展或扩展名为

all则反馈错误enable启用指定扩展名的扩展如果编译器不支持扩展名对应的扩展

则反馈错误warn检测是否使用了指定名称的扩展如果使用了则给出警告。

如果为all

则检测是否使用了任何扩展若使用了给出警告。

如果编译器不支持此扩展则给出警告disable金庸指定扩展名的扩展如果编译器不支持指定扩展名则给出警告。

如果为all则禁用所有使用的扩展回复到默认核心版本