shader 内置变量

GLSL学习

发表于 2015-04-10   |   暂无评论

一个OpenGL程序可以用多种方式和shader通信。注意这种通信是单向的，因为shader的输出只能是渲染到某些目标，比如颜色和深度缓存。

OpenGL的部分状态可以被shader访问，因此程序改变OpenGL某些状态就可以与shader进行通信了。例如一个程序想把光的颜色传给shader，可以直接调用OpenGL接口，就像使用固定功能流水线时做的那样。

不过，使用OpenGL状态并不是设置shader中使用数据的直观方式。比如一个shader需要一个表示时间变化的变量来计算动画，在OpenGL状态中就没有现成的变量可用。当然，你可以使用没有用到的“镜面光截止角度（cutoffangle）”这样一个变量表示时间，但显然让人难以接受。
幸运的是，GLSL允许用户自定义变量，实现OpenGL应用程序与shader通信。有了这个功能，你就可以命名一个叫做timeElapsed的变量表示经过的时间。

上文的讨论涉及到了GLSL提供的两种类型修饰符（更多的类型将在后面提到）：

• 一致变量（Uniform）
• 属性（Attribute）

在shader中定义的变量如果用这两种类型修饰符，表示对shader来说，它们是只读的。下面将详细讲述怎样使用这些类型的变量。
还有一种将变量送给shader的方法：使用纹理。一个纹理不止可以表示一张图片，它还可以表示一个数组。事实上，你完全可以决定如何在shader中解释纹理数据，即使它真是一幅图片。

##变量修饰符

修饰符给出了变量的特殊含义，GLSL中有如下修饰符：

• const – 声明一个编译期常量。
• attribute– 随不同顶点变化的全局变量，由OpenGL应用程序传给顶点shader。这个修饰符只能用在顶点shader中，在shader中它是一个只读变量。
• uniform– 随不同图元变化的全局变量（即不能在glBegin/glEnd中设置），由OpenGL应用程序传给shader。这个修饰符能用在顶点和片断shader中，在shader中它是一个只读变量。
• varying –用于顶点shader和片断shader间传递的插值数据，在顶点shader中可写，在片断shader中只读。

###一致变量（Uniform Variables）

不同于顶点属性在每个顶点有其自己的值，一个一致变量在一个图元的绘制过程中是不会改变的，所以其值不能在glBegin/glEnd中设置。一致变量适合描述在一个图元中、一帧中甚至一个场景中都不变的值。一致变量在顶点shader和片断shader中都是只读的。

首先你需要获得变量在内存中的位置，这个信息只有在连接程序之后才可获得。注意，对某些驱动程序，在获得存储位置前还必须使用程序（调用glUseProgram）。

获取一个一致变量的存储位置只需要给出其在shader中定义的变量名即可：

GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const char *name);·program – the hanuler to the program·name – the name of the variablevoid glUniform1f(GLint location, GLfloat v0);void glUniform2f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1);void glUniform3f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2);void glUniform4f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2, GLfloat v3);或者GLint glUniform{1,2,3,4}fv(GLint location, GLsizei count, GLfloat *v);参数：·location – the previously queried location·v0,v1,v2,v3 – float values·count – the number of elements in the array·v – an array of floats

对integer类型也有一组类似的函数，不过要用i替换函数中的f。对bool类型没有专门的函数，但可以使用整数的0和1来表示真假。一旦你使用了一致变量数组，那么就必须使用向量版本的函数。

对sampler变量，使用函数glUniform1i和glUniform1iv。

矩阵也是一种GLSL的数据类型，所以也有一组针对矩阵的函数：glUniformMatrix{1,2,3,4}fv

还有一点要注意的是：使用这些函数之后，变量的值将保持到程序再次连接之时。一旦进行重新连接，所有变量的值将被重置为0。

###属性变量（Attribute Variables）

在前一节提到，一致变量只能针对一个图元全体，就是说不能在glBegin和glEnd之间改变。

如果要针对每个顶点设置变量，那就需要属性变量了。事实上属性变量可以在任何时刻更新。在顶点shader中属性变量是只读的。因为它包含的是顶点数据，所以在片断shader中不能直接应用。

与一致变量相似，首先你需要获得变量在内存中的位置，这个信息只有在连接程序之后才可获得。注意，对某些驱动程序，在获得存储位置前还必须使用程序。

易变变量（Varying Variables）

前面说过，shader包括两种类型：顶点shader和片断shader。为了计算片断的值，往往需要访问顶点的插值数据。例如，当使用逐片断光照时，我们需要知道当前片断的法线，但是在OpenGL中只为每个顶点指定了法线。顶点shader可以访问这些法线，而片断shader不能，因为法线是OpenGL程序作为属性变量指定的。

顶点变换后的数据移动到流水线的下一个阶段，在这个阶段通过使用连接信息，生成了所有图元并完成片断化。对每个片断，有一组变量会被自动进行插值并提供给片断shader，这些都是固定功能。片断的颜色就是这么处理的，到达片断shader的颜色就是组成图元的顶点颜色插值的结果。

像片断shader接收到的这种插值产生的变量，就是“易变变量”类型。GLSL包含一些预先定义的易变变量，例如前面提到的颜色。用户也可以自己定义易变变量，它们必须同时在顶点shader和片断shader中声明：

varying float intensity;

一个易变变量必须先在顶点shader中声明，然后计算每个顶点的变量值。在片断shader中，接收这个变量通过插值得到的结果，注意此时这个变量是只读的。

GLSL也有跳转语句：

·continue – available in loops, causes a jump to thenext iteration of the loop

·break – available in loops, causes an exit of theloop

·discard

最后的discard关键字只能在片断shader中使用，它将在不写入帧缓存或者深度缓存的情况下，终止当前片断的shader程序。

函数

与C语言类似，shader也是由函数组成的结构化程序。至少每类shader都必须包含一个如下方式声明的主函数：

void main()  

此外用户还可以自定义函数。这些函数像C函数一样，一般都会有返回值，返回值的类型没有限制，但不能是数组。

函数参数可以有如下修饰符：

·in – for input parameters

·out – for outputs of the function. The returnstatement is also an option for sending the result of a function.

·inout – for parameters that are both input andoutput of a function

如果没有指定修饰符，默认情况下为in类型。

最后还有两点要注意：

·允许函数重载，只要参数不同。

·在标准中没有定义递归行为。

C/C++的一些备注点