【OpenGL】Shader概述

来源：互联网发布：破壁机原汁机知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/21 22:28

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分类： OpenGL 3.3+2013-04-20 23:16 2430人阅读评论(1) 收藏举报

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这篇文章讲述了Shader是如何编译和链接，最终在OpenGL程序中使用的。当然，不了解这些我们仍然可以正常工作，但是作为初学者，了解这些会让我更能明白自己在干嘛。。。

综述

哈，大名鼎鼎的Shader终于让我给见到了……之前在学习Unity3D的时候就被群里的大牛耳濡目染说Shader如何如何重要，现在终于轮到自己领教了。吐槽完毕，进入正题。

Shader的编译器被内嵌到OpenGL库的内部，而且必须在运行OpenGL程序时才能编译。目前还没有可以提前编译Shader的工具。在最新的OpenGL4.1中好像正在改善。

目前的学习中，我使用的是这个教程提供的一个载入shader的代码。代码不长，功能不全，只能同时载入vertex shader和fragment shader（这里是保存在两个单独的文件里，后缀分别的vertexshader和fragmentshader，后缀不重要，即便是txt也可以，重要的是内容使用的是GLSL语法），但是对于初学者够用了。（实际上，我们通常需要至少两个shader。）代码如下：

[cpp] view plaincopyprint?
GLuint LoadShaders(const char * vertex_file_path,const char * fragment_file_path){  
  
    // Create the shaders  
    GLuint VertexShaderID = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);  
    GLuint FragmentShaderID = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);  
  
    // Read the Vertex Shader code from the file  
    std::string VertexShaderCode;  
    std::ifstream VertexShaderStream(vertex_file_path, std::ios::in);  
    if(VertexShaderStream.is_open())  
    {  
        std::string Line = "";  
        while(getline(VertexShaderStream, Line))  
            VertexShaderCode += "n" + Line;  
        VertexShaderStream.close();  
    }  
  
    // Read the Fragment Shader code from the file  
    std::string FragmentShaderCode;  
    std::ifstream FragmentShaderStream(fragment_file_path, std::ios::in);  
    if(FragmentShaderStream.is_open()){  
        std::string Line = "";  
        while(getline(FragmentShaderStream, Line))  
            FragmentShaderCode += "n" + Line;  
        FragmentShaderStream.close();  
    }  
  
    GLint Result = GL_FALSE;  
    int InfoLogLength;  
  
    // Compile Vertex Shader  
    printf("Compiling shader : %sn", vertex_file_path);  
    char const * VertexSourcePointer = VertexShaderCode.c_str();  
    glShaderSource(VertexShaderID, 1, &VertexSourcePointer , NULL);  
    glCompileShader(VertexShaderID);  
  
    // Check Vertex Shader  
    glGetShaderiv(VertexShaderID, GL_COMPILE_STATUS, &Result);  
    glGetShaderiv(VertexShaderID, GL_INFO_LOG_LENGTH, &InfoLogLength);  
    std::vector VertexShaderErrorMessage(InfoLogLength);  
    glGetShaderInfoLog(VertexShaderID, InfoLogLength, NULL, &VertexShaderErrorMessage[0]);  
    fprintf(stdout, "%sn", &VertexShaderErrorMessage[0]);  
  
    // Compile Fragment Shader  
    printf("Compiling shader : %sn", fragment_file_path);  
    char const * FragmentSourcePointer = FragmentShaderCode.c_str();  
    glShaderSource(FragmentShaderID, 1, &FragmentSourcePointer , NULL);  
    glCompileShader(FragmentShaderID);  
  
    // Check Fragment Shader  
    glGetShaderiv(FragmentShaderID, GL_COMPILE_STATUS, &Result);  
    glGetShaderiv(FragmentShaderID, GL_INFO_LOG_LENGTH, &InfoLogLength);  
    std::vector FragmentShaderErrorMessage(InfoLogLength);  
    glGetShaderInfoLog(FragmentShaderID, InfoLogLength, NULL, &FragmentShaderErrorMessage[0]);  
    fprintf(stdout, "%sn", &FragmentShaderErrorMessage[0]);  
  
    // Link the program  
    fprintf(stdout, "Linking programn");  
    GLuint ProgramID = glCreateProgram();  
    glAttachShader(ProgramID, VertexShaderID);  
    glAttachShader(ProgramID, FragmentShaderID);  
    glLinkProgram(ProgramID);  
  
    // Check the program  
    glGetProgramiv(ProgramID, GL_LINK_STATUS, &Result);  
    glGetProgramiv(ProgramID, GL_INFO_LOG_LENGTH, &InfoLogLength);  
    std::vector ProgramErrorMessage( max(InfoLogLength, int(1)) );  
    glGetProgramInfoLog(ProgramID, InfoLogLength, NULL, &ProgramErrorMessage[0]);  
    fprintf(stdout, "%sn", &ProgramErrorMessage[0]);  
  
    glDeleteShader(VertexShaderID);  
    glDeleteShader(FragmentShaderID);  
  
    return ProgramID;  
}  

为了举例，我们以下都使用下面两个shader。

第一个shader是一个顶点着色器，vertex shader，文件名为ExampleShader.vertexshader。

[plain] view plaincopyprint?
#version 400  
in vec3 VertexPosition;  
in vec3 VertexColor;  
out vec3 Color;  
void main()  
    Color = VertexColor;  
    gl_Position = vec4( VertexPosition, 1.0 );  
}  

这里简单解释一下。它接受两个输入和一个输出，并使用输入VertexPosition给gl_position赋值，使用VertexColor给输出Color赋值，而Color将会传递给下面的片段着色器。

第二个是片段着色器，fragment shader，文件名为ExampleShader.fragmentshader。

[plain] view plaincopyprint?
#version 400  
in vec3 Color;  
out vec4 FragColor;  
void main() {  
   FragColor = vec4(Color, 1.0);  
}  

顶点着色器会在每个顶点上调用一次，而片段着色器则会在每个像素上调用一次。

----------------------------------------------------------------分割线--------------------------------------------------------------------

编译一个Shader

如上图所示，一个shader的编译过程主要分为3个部分：首先创建一个shader对象（Shader Object）。例如下面分别创建了两个shader对象：

[cpp] view plaincopyprint?
// Create the shaders  
GLuint VertexShaderID = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);  
GLuint FragmentShaderID = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);  

然后将shader源代码（source code）复制到shader对象中。由于这里是从文件里读入代码，因此先将源代码分别读入到一个string类型的变量里（VertexShaderCode和FragmentShaderCode），再把指针传递给shader对象：

[cpp] view plaincopyprint?
// Read the Vertex Shader code from the file  
std::string VertexShaderCode;  
std::ifstream VertexShaderStream(vertex_file_path, std::ios::in);  
if(VertexShaderStream.is_open())  
{  
    std::string Line = "";  
    while(getline(VertexShaderStream, Line))  
        VertexShaderCode += "n" + Line;  
    VertexShaderStream.close();  
}  

[cpp] view plaincopyprint?
char const * VertexSourcePointer = VertexShaderCode.c_str();  
glShaderSource(VertexShaderID, 1, &VertexSourcePointer , NULL);  

最后，编译shader。通常我们需要检查一下shader是否编译成功，不成功的话再打出错误信息，这通过两个变量Result和InfoLogLength来实现：

[cpp] view plaincopyprint?
GLint Result = GL_FALSE;  
int InfoLogLength;  

[cpp] view plaincopyprint?
glCompileShader(VertexShaderID);  
  
// Check Vertex Shader  
glGetShaderiv(VertexShaderID, GL_COMPILE_STATUS, &Result);  
glGetShaderiv(VertexShaderID, GL_INFO_LOG_LENGTH, &InfoLogLength);  
std::vector VertexShaderErrorMessage(InfoLogLength);  
glGetShaderInfoLog(VertexShaderID, InfoLogLength, NULL, &VertexShaderErrorMessage[0]);  
fprintf(stdout, "%sn", &VertexShaderErrorMessage[0]);  

上面的筛选的vertex shader的编译过程，当然fragment shader的编译是一样的。

链接一个Shader

在我们编译完成shader后，正式在OpenGL管道中使用它们之前，我们还需要链接它们。这主要是为了解决不同shader之间的输入和输出匹配问题。例如这里，ExampleShader.vertexshader里的输出Color需要和ExampleShader.fragmentshader里的输入Color相匹配。

和编译shader类似，我们首先需要创建一个shader program object。

[cpp] view plaincopyprint?
GLuint ProgramID = glCreateProgram();  

然后将之前创建好的shader object附加给它。

[cpp] view plaincopyprint?
glAttachShader(ProgramID, VertexShaderID);  
glAttachShader(ProgramID, FragmentShaderID);  

最后，进行链接。

[cpp] view plaincopyprint?
glLinkProgram(ProgramID);  

和之前需要检查编译状态类似，我们也需要检查链接状态，如果链接不成功，就打出提示信息。

[cpp] view plaincopyprint?
// Check the program  
glGetProgramiv(ProgramID, GL_LINK_STATUS, &Result);  
glGetProgramiv(ProgramID, GL_INFO_LOG_LENGTH, &InfoLogLength);  
std::vector ProgramErrorMessage( max(InfoLogLength, int(1)) );  
glGetProgramInfoLog(ProgramID, InfoLogLength, NULL, &ProgramErrorMessage[0]);  
fprintf(stdout, "%sn", &ProgramErrorMessage[0]);  

删除一个Shader

在我们把一个shader对象附加一个program对象后，我们就可以删除它了，以便释放它占用的资源和句柄。注意，如果一个shader已经被附加到一个program对象（比如现在），那么实际上它并没有立刻被删除，而是出于一种挂起状态。当它从附加的program对象上被卸载时，才会真正从内存中删除。

[cpp] view plaincopyprint?
glDeleteShader(VertexShaderID);  
glDeleteShader(FragmentShaderID);  

指定使用一个Shader Program

为了在OpenGL管道里真正使用我们创建好的shader program对象，我们需要使用glUseProgram( ProgramID);函数，ProgramID就是上面函数的返回值，它提供了一个Shadr program对象的句柄。在一个OpenGL程序中，我们可以使用多个shader programs，我们可以通过使用glUseProgram在OpenGL管道里进行切入和切除，以便选择不同的程序。

删除一个Shader Program

当我们不再需要一个shader program时，可以通过调用glDeleteProgram（ProgramID）来删除一个shader program，以释放OpenGL内存。注意，如果当前的shader program正在被使用，那么它并不会立刻被删除，而是出于一种挂起状态，直到程序不再使用它（可能切换到另一个Shader Program）。这时，之前附加的shader对象就会真正被删除了（如果之前调用过glDeleteShader的话）。

备注

你可能还是不懂我在讲什么，如果这样，可以到这个网站上看一下第二节课的内容，可能会有所帮助。

0 0