GLSL语言基础——OpenGL编程笔记1

妖狐艹你老母 2022-06-13 05:36 520阅读 0赞

**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：  
![这里写图片描述][SouthEast]

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][https_my.oschina.net_sweetdark_blog_208024]  
[http://blog.csdn.net/junzia/article/details/52830604][http_blog.csdn.net_junzia_article_details_52830604]

[SouthEast]: /images/20220613/9d091d9f79c34fca82c49e4074d54c48.png
[https_my.oschina.net_sweetdark_blog_208024]: https://my.oschina.net/sweetdark/blog/208024
[http_blog.csdn.net_junzia_article_details_52830604]: http://blog.csdn.net/junzia/article/details/52830604