Vertex Shader

来源：互联网发布：网络金融牌照编辑：程序博客网时间：2024/05/02 00:28

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一、Vertex Shader简介

前面一直有出现Vertex Shader，但Vertex Shader一直犹抱琵琶半遮面的感觉，本文将彻底揭开其面纱，看个清清楚楚、明明白折，以满足自己的好奇心。Vertex Shader在OpenGL ES 2.0的管道中的位置如下图所示：

本节将描述以下内容：

1）Vertex Shader的输入和输出

2）Vertex Shader的可移植性问题

3）Vertex Shader的例子

二、Vertex Shader的输入/输出和操作对象

Vertex Shader的操作对象是“顶点”。其输入/输出如下图所示：

Vertex Shader输入：

• Attributes：通过Vertex Arrays提供的每个顶点的数据
• Uniforms：由Vertex Shader使用的常量数据

Vertex Shader程序：
• Shader program：Vertex Shader的可执行程序，它描述将在顶点上执行的操作

Vertex Shader输出：

• varying变量：Vertex Shader的输出叫做varying变量，它有以下两个用处：

1）用于计算产生fragment

2）作为Fragment Shader的输入

三、Vertex Shader的内嵌变量

它包括以下几种内嵌变量：

• 特别变量：被Vertex Shader作为输出

• uniform状态：如深度范围

• 指定最大值的常量：如attribute个数、varying个数、uniforms个数

1. 特殊变量（Built-In Special Variables）

它作为Vertex Shader的输出、且作为Fragment Shader的输入，可用特别变量如下：

• gl_Position：它以裁剪坐标的方式输出“顶点位置”，且是一个highp变量。

• gl_PointSize：它以像素为单位输出“点的大小”，其值被限制在OpenGL ES 2.0可实现的范围内，且是一个mediump变量。

• gl_FrontFacing：它不直接由Vertex Shader写，是一个boolean变量。

2. Uniform状态变量（Built-In Uniform State）

• gl_DepthRange：是Vertex Shader中唯一的一个Uniform状态变量，它以窗口坐标来表示深度范围。其数据类型如下：

       struct gl_DepthRangeParameters {
                 highp float near; // near Z
                 highp float far; // far Z
                 highp float diff; // far - near
       }

uniform gl_DepthRangeParameters gl_DepthRange;

3. 常量（Built-In Constants）

Vertex Shader中指定最大值的常量如下：

       const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 8;
       const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 128;
       const mediump int gl_MaxVaryingVectors = 8;
       const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 0;
       const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 8;

1）gl_MaxVertexAttribs

指示支持的Vertex Attribute的最大值，其值最小为8。

2）gl_MaxVertexUniformVectors

指示Vertex Shader最多支持多少个vec4 uniform，其值最小为128。

3）gl_MaxVaryingVectors

Vertex Shader最多可以输出多少个vec4变量，其值最小为8。

4）gl_MaxVertexTextureImageUnits

Vertex Shader最多支持多少个纹理单元，其值最小为0，即不支持顶点纹理获取。

5）gl_MaxCombinedTextureImageUnits

Vertex Shader和Fragment Shader总共最多支持多少个纹理单元，其值最小为8。

在具体的硬件平台上，可通过以下代码获取当前可支持的最大值：

[cpp] view plaincopy
GLint maxVertexAttribs, maxVertexUniforms, maxVaryings;  
GLint maxVertexTextureUnits, maxCombinedTextureUnits;  
glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &maxVertexAttribs);  
glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_UNIFORM_VECTORS, &maxVertexUniforms);  
glGetIntegerv(GL_MAX_VARYING_VECTORS, &maxVaryings);  
glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_TEXTURE_IMAGE_UNITS,&maxVertexTextureUnits);  
glGetIntegerv(GL_MAX_COMBINED_TEXTURE_IMAGE_UNITS,&maxCombinedTextureUnits);  

4. 精度限制（Precision Qualifiers）

在Vertex Shader中，如果没有指定默认的精度，则float和int的精度为highp。在Vertex Shader中，除color和lighting计算为mediump之外，其它的都为highp。

四、OpenGL ES 2.0 Vertex Shader限制

为了让Shader Source可以大部分平台上进行运行（即可移植性好），需要参加以下限制。

1. Vertex Shader长度

目前没有办法获得具体平台可支持的最大指令数，但如果Shader source超过其限制，则编译会失败。

2. 临时变量（函数内局部变量）的个数

也没有指定最大数，但如果Shader source超过其限制，则编译会失败。

3. 流程控制

• 对于for循环，有以下限制：

1）只能有一个循环变量

2）循环变量必须被常量表达式初始化

3）条件判断必须为下面的一种：

[cpp] view plaincopy
loop_indx < constant_expression  
loop_indx <= constant_expression  
loop_indx > constant_expression  
loop_indx >= constant_expression  
loop_indx != constant_expression  
loop_indx == constant_expression  

4）循环变量必须通过以下方式来进行修改，且只能在循环表达式内部修改，不能在循环体内修改

[cpp] view plaincopy
loop_index--  
loop_index++  
loop_index -= constant_expression  
loop_index += constant_expression  

5）循环变量在循环体内部，只能做为函数的只读参数。
注：while和do-while循环不支持。

• 对于if-else判断语句，其条件判断bool_expression必须为scalar boolean value。