GLSL语言基础——OpenGL编程笔记1

时间:2021-12-22 04:26:40

重点标注(与 C 语言不同的地方)

1.变量名不能以 gl_ 作为前缀,而且还有一些 GLSL 保留的名称是不能作为变量名称的;
2.新增向量基本类型与矩阵基本类型,命名规则:C 语言基本类型第一个字母 + vec + 长度说明,或者是 mat + 矩阵长x宽,但是这里面似乎没有看到 long、unsigned、char、short、double、long double;
3.GLSL 只能使用一维数组,不存在指针、取地址的情况,变量目前只看到形似的局部变量,没有看到堆上、全局、静态类型的变量;
4.操作符方面禁用所有位运算操作符、求模运算符及两者的复合赋值运算符;
5.切记 OpenGL 的矩阵是主列存储的,和 DirectX 以及大学线代学习的行存储矩阵有本质不同!因此将转置记做^,根据(AB)^ = B^A^,所以矩阵运算时,对于行存储中一个 m * n 的矩阵乘以一个 n * q 的矩阵必会得到 m * q 的矩阵,在 OpenGL 中的运算就会变成如下:
GLSL语言基础——OpenGL编程笔记1

6.函数不允许递归。

接下来言归正传,逐步深入GLSL语言

OpenGL Shading Language (简称GLSL)作为一种着色语言是纯粹的和GPU打交道的计算机语言。GLSL的变量命名方式与C语言类似。变量的名称可以使用字母,数字以及下划线,但变量名不能以数字开头,还有变量名不能以gl_作为前缀,这个是GLSL保留的前缀,用于GLSL的内部变量。当然还有一些GLSL保留的名称是不能够作为变量的名称的。

因为GPU是多线程并行处理器,所以GLSL直接面向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中的算法处理。

因此,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。

最常见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?

  • 日益逼真的材质 – 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
  • 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
  • GLSL不存在数据类型的自动提升,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、枚举类型、结构体位字段及按位运算符

数据类型

GLSL有三种基本数据类型:float,int和bool,以及由这些数据类型组成的数组和结构体。

需要注意的是,GLSL并不支持指针。与C/C++不同的是,GLSL将向量和矩阵作为基本数据类型。

注意:GLSL不存在数据类型的自动提升,类型必须严格保持一致。

标量

float
int
bool
42 // 十进制
042 // 八进制
0x2A // 十六进制

矢量

矢量可以和标量甚至矩阵做加减乘除(必须符合规则)

vec2, vec3, vec4 // 包含2/3/4个浮点数的矢量
ivec2, ivec3, ivec4 // 包含2/3/4个整数的矢量
bvec2, bvec3, bvec4 // 包含2/3/4个布尔值的矢量

声明:

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

// 下面两种等价
vec3 v = vec3(0.6);
vec3 v = vec3(0.6, 0.6, 0.6);

注意:除了用索引的方式外,还可以用选择运算符的方式来使用向量。选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)
  • 表示颜色可以用 (r、g、b、a)
  • 表示纹理坐标用 (s、t、r、q)

用户可以选择其中任意一种选择运算符,它们的作用是等效的。

例如:

vec4 v1=vec4(1.0, 2.0, 3.0, 4.0); //用构造函数的方式声明并初始化四维浮点型
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

mat2, mat3, mat4 – 2x2/3x3/4x4/的矩阵矩阵是按列顺序组织的,先列后行

例如:

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);
如果一个着色器要在程序里结合多个纹理,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

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

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

unifrom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

varying用于传递顶点着色器的值给片断着色器

不允许声明时初始化

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。

限制

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关键字

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

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
函数参数标示符

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

参考文章:https://my.oschina.net/sweetdark/blog/208024
http://blog.csdn.net/junzia/article/details/52830604