OpenGL ES著色器使用詳解（二）

本文介紹了OpenGL ES著色器使用的方法，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

1.著色器語言

著色器語言是一種高級圖形編程語言，和C/C++語言很類似，但存在很大差別，比如，不支持double,byte

,short，不支持unin，enum，unsigned以及位運(yùn)算等，但其加入了很多原生的數(shù)據(jù)類型，如向量，矩陣等。

數(shù)據(jù)類型可分為標(biāo)量、向量、矩陣、采樣器、結(jié)構(gòu)體、數(shù)組等

向量

向量傳遞參數(shù)，如果只提供一個標(biāo)量，這個值用于設(shè)置所有向量的值；如果輸入是多個標(biāo)量或者是矢量，從左到右設(shè)置矢量變量的參數(shù)，如果多個矢量作為參數(shù)，那么至少要有和變量一樣多的分量

vec4 myVec4 = vec4(1.0); // myVec4 = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}
vec3 myVec3 = vec3(1.0, 0.0, 0.5); // myVec3 = {1.0, 0.0, 0.5}
vec3 temp = vec3(myVec3); // temp = myVec3
vec2 myVec2 = vec2(myVec3); // myVec2 = {myVec3.x, myVec3.y}
myVec4 = vec4(myVec2, temp); // myVec4 = {myVec2.x, myVec2.y, temp.x, temp.y}

矩陣

矩陣操作在OpenGL ES中的使用非常廣泛，涉及到圖形的平移縮放旋轉(zhuǎn)等操作都是由矩陣來實(shí)現(xiàn)的.

向矩陣傳遞參數(shù)：

• 提供的是一個標(biāo)量，那么標(biāo)量復(fù)制給與矩陣的主對角線
• 一個矩陣能被多個向量賦值，如，mat2可以用兩個vec2賦值
• 一個的矩陣被多個標(biāo)量賦值，按列賦值
  

向量和矩陣的分量

向量一般用來存儲位置、顏色紋理坐標(biāo)等包含不止一個的量，訪問向量中某個分量的方法為：<向量名.分量名>

• 將向量看做顏色對待，四個分量為r、g、b、a，分別代表紅、綠、藍(lán)、透明度
• 將向量看做位置對待，四個分量為x、y、z、w，分別代表x軸、y軸、z軸、w
• 將向量看做紋理坐標(biāo)對待，四個分量為s、t、p、q，分別代表紋理坐標(biāo)的不同分量
  

這三種不同的命名方案不能混合使用，除此之外還可以將向量當(dāng)做數(shù)組看待，用下表來訪問。

vec3 myVec3 = vec3(0.0, 1.0, 2.0); // myVec3 = {0.0, 1.0, 2.0}
float x = myVec3.x;
vec3 temp;
temp = myVec3.xyz; // temp = {0.0, 1.0, 2.0}
temp = myVec3.xxx; // temp = {0.0, 0.0, 0.0}
temp = myVec3.zyx; // temp = {2.0, 1.0, 0.0}
vec4 temp2 = myVec3.xxyz; // temp2 = {0.0, 0.0, 1.0, 2.0}

對矩陣的訪問當(dāng)成一個二維數(shù)組即可，矩陣可以認(rèn)為是由多個向量組成的

mat4 myMat4 = mat4(1.0); // Initialize diagonal to 1.0 (identity)
vec4 col0 = myMat4[0]; // Get col0 vector out of the matrix
float m1_1 = myMat4[1][1]; // Get element at [1][1] in matrix
float m2_2 = myMat4[2].z; // Get element at [2][2] in matrix

采樣器

采樣器專門用于進(jìn)行紋理采樣的相關(guān)操作，一般情況下一個采樣器變量代表了衣服紋理切貼圖。

sampler2D/sampler3D/samplerCube

采樣器變量不是在著色器中初始化的，一般是由主程序傳遞進(jìn)來的。

數(shù)組

聲明數(shù)組時指定數(shù)組大小，反之，訪問數(shù)組時的下表必須是編譯時常量，這樣的話，編譯器會自動創(chuàng)建適當(dāng)大小的數(shù)組

類型轉(zhuǎn)換

著色器語言沒有自動提升的功能，也不能強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，只能用構(gòu)造器完成類型轉(zhuǎn)換，每中內(nèi)建變量類型都有一組相關(guān)的構(gòu)造器。

float f = 1; // error
int i = 0.0; // error
float f = 1.0 // ok
bool b = bool(f) // ok,非0當(dāng)做true
float f = float(b) // ok,bool轉(zhuǎn)為浮點(diǎn)數(shù)，true轉(zhuǎn)為1.0，false轉(zhuǎn)為0.0
int i = 0; //ok
bool b = bool(i) // ok,int轉(zhuǎn)為bool

變量限定符

const：常量，編譯時常量，其值不可變，可以提高運(yùn)行效率

attribute：屬性變量，僅僅用在頂點(diǎn)著色器，用該限定符修飾的變量用來接受從宿主程序傳進(jìn)渲染管線的變量。一般用于每個頂點(diǎn)都不相同的量，比如頂點(diǎn)位置，顏色，法線等

uniform：統(tǒng)一變量，一般用于對同一組頂點(diǎn)組成的一個物體所有頂點(diǎn)都相同的量，比如光源位置，轉(zhuǎn)換矩陣，顏色，光照等

varying：變量被用來存儲頂點(diǎn)著色器的輸出和片元著色器的輸入，每個頂點(diǎn)著色器把輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成一個或更多片元著色器的輸入，在光柵化階段就會插值生成一系列變量

varying變量的原理

在線段上進(jìn)行混合插值

在三角形上進(jìn)行混合插值

獲取著色器變量

獲取attribute類型變量。對于attribute限定符修飾的變量的值是由宿主程序傳入渲染管線的，使用glGetAttribLocation函數(shù)獲得著色器中某屬性變量的引用

public static native int glGetAttribLocation(
  int program, // 創(chuàng)建的程序?qū)ο?  String name // 著色器中變量名
);

然后使用glVertexAttribPointer函數(shù)將數(shù)據(jù)傳遞到glGetAttribLocation返回的著色器變量引用所代表的變量中去

public static void glVertexAttribPointer(
  int indx, // 屬性變量的引用
  int size, //每個頂點(diǎn)的數(shù)據(jù)個數(shù)，比如x、y、z就是3
  int type, // 數(shù)據(jù)類型，如GLES20.GL_FLOAT
  boolean normalized, // 是否規(guī)格化，只有使用整形數(shù)據(jù)才有意義
  int stride, // 跨距，一個數(shù)組存儲多個屬性才有意義，指的是兩個點(diǎn)之間有多少個字節(jié)
  java.nio.Buffer ptr // 存放頂點(diǎn)數(shù)據(jù)緩沖
 )

獲取uniform類型的變量。使用glGetUniformLocation函數(shù)獲得著色器中某統(tǒng)一變量的引用

public static native int glGetUniformLocation(
  int program,
  String name
 );

然后使用glUniformXXX函數(shù)將數(shù)據(jù)傳遞到著色器中，比如glUniformMatrix4fv函數(shù)

public static native void glUniformMatrix4fv(
  int location, // 統(tǒng)一變量的引用
  int count, // 指明要更改的元素個數(shù)。如果變量不是數(shù)組，這個值應(yīng)該設(shè)為1
  boolean transpose, // 是否要轉(zhuǎn)置矩陣，并將它作為uniform變量的值。必須為false
  float[] value, // 傳遞給統(tǒng)一變量的數(shù)組元素
  int offset // 偏移，取0
 );

glUniformNf/glUniformNfv：將N個浮點(diǎn)數(shù)傳入管線

glUniformNi/glUniformNiv：將N個整數(shù)傳入管線

glUniformMatrixNfv：將N個整數(shù)傳入管線，將N*N矩陣傳入管線

內(nèi)建變量

內(nèi)建變量不需要聲明即可使用，內(nèi)建變量分為兩種，輸入與輸出變量。

輸入變量負(fù)責(zé)將渲染管線中固定功能部分生成的信息傳遞進(jìn)著色器以供程序員使用，輸出變量負(fù)責(zé)將著色器產(chǎn)生的信息傳遞給渲染管線中的固定功能。

頂點(diǎn)著色器

頂點(diǎn)著色器的內(nèi)建變量主要是輸出變量，即將著色器產(chǎn)生的值傳遞給渲染管線，因此在頂點(diǎn)著色器中要對這些內(nèi)建變量賦值，包括gl_Position、gl_PointSize等。

• gl_Position：在頂點(diǎn)著色器對獲取到的定點(diǎn)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行平移縮放旋轉(zhuǎn)等變換后，生成新的位置，新的頂點(diǎn)位置通過該變量傳遞給渲染管線的后續(xù)操作。
• gl_PointSize：頂點(diǎn)著色器中可以計(jì)算一個點(diǎn)的大小，單位為像素，默認(rèn)值為1，一般對點(diǎn)繪制方式有意義。

片元著色器

片元著色器中的內(nèi)建輸入變量，gl_FragCoord、gl_FrontFacing，并且還是只讀的，是由渲染管線片元著色器之前階段生成的。

• gl_FragCoord：vec4類型數(shù)據(jù)，含有當(dāng)前片元相對窗口位置的坐標(biāo)。
• gl_FrontFacing：bool類型的內(nèi)建輸入變量，該值表明當(dāng)前正在處理的片元是否屬于在光柵化階段生成此片元對應(yīng)圖元的正面。點(diǎn)、線段沒有正反面之分的圖元。其生成的偏遠(yuǎn)都會被默認(rèn)為是正面，三角形圖元其正面取決于程序中隊(duì)卷繞的設(shè)置及圖元中頂點(diǎn)的具體卷繞情況。
  

片元著色器中的內(nèi)建輸出變量gl_FragColor、gl_FragData，在片元著色器中給這兩個內(nèi)建變量寫入值。

• gl_FragColo：vec4變量，用來傳入由片元著色器計(jì)算出來的片元顏色值。
  

函數(shù)

和其他語言一樣，差別在于參數(shù)可以指定用途，具體的有in，out，inout修飾符表明該參數(shù)是入?yún)⑦€是出參。

片元著色器浮點(diǎn)變量精度

片元著色器中的浮點(diǎn)類型數(shù)據(jù)必須制定精度，不指定精度可能引起編譯錯誤。有三種精度類型：lowp、mediump、highp，一般使用mediump類型即可。如果在開發(fā)中同一個片元著色器中浮點(diǎn)類型變涼都是同一種精度類型，可以整個指定著色器中浮點(diǎn)類型默認(rèn)精度。

precision <精度> <類型>
precision mediump float;

2.著色器程序

需要創(chuàng)建兩個對象才能用著色器進(jìn)行渲染：著色器對象和程序?qū)ο蟆?/p>

著色器源代碼被編譯成一個目標(biāo)形式（類似obj文件），編譯之后，著色器對象可以連接到一個程序?qū)ο?，程序?qū)ο罂梢赃B接多個著色器對象。

獲得連接后的著色器對象的過程：

1. 創(chuàng)建一個頂點(diǎn)著色器和一個片元著色器：
2. 將源代碼連接到每個著色器對象
3. 編譯著色器對象
4. 創(chuàng)建一個程序?qū)ο?/li>
5. 將編譯后的著色器對象連接到程序?qū)ο?/li>
6. 連接程序?qū)ο?br />

如果沒有出錯，就可以在后面使用這個程序了，如從程序獲取某個著色器變量，接下來為其傳遞值等操作。

創(chuàng)建著色器對象

public static native int glCreateShader(
 int type // 著色器類型，GLES20.GL_VERTEX_SHADER或GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER
);

連接源代碼到著色器對象

public static native void glShaderSource(
  int shader,
  String string // 著色器源碼
 );

編譯著色器對象

public static native void glCompileShader(
  int shader
 );

創(chuàng)建程序?qū)ο?br />

mProgram = GLES20.glCreateProgram();

將編譯后的著色器對象連接到程序?qū)ο?br />

public static native void glAttachShader(
  int program,
  int shader
 );

連接程序?qū)ο?br />

public static native void glLinkProgram(
  int program
 );

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。