曲面细分着色器（Tessellation）

小灰灰 2023-05-31 08:00 169阅读 0赞

图形渲染流水线如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 1.顶点着色器 ##

#version 410 core                                                
                                                                     
    void main(void)                                                  
    {                                                                
        const vec4 vertices[] = vec4[](vec4( 0.25, -0.25, 0.5, 1.0), 
                                       vec4(-0.25, -0.25, 0.5, 1.0), 
                                       vec4( 0.25,  0.25, 0.5, 1.0));
                                                                     
        gl_Position = vertices[gl_VertexID];                         
    }

每个顶点上都运行一次顶点着色器。gl\_Position和gl\_VertexID是内部变量。gl\_VertexID表示当前顶点的索引，gl\_Position表示位置。

## 2.曲面细分着色器 ##

曲面细分着色器将复杂的曲面转换为简单的点，线，三角形等。它分为三部分：曲面细分控制着色器（Tessellation Control Shaders），曲面细分引擎（The Tessellation Engine），曲面细分求值着色器（Tessellation Evaluation Shaders）。

### 2.1 曲面细分控制着色器 ###

曲面细分控制着色器负责确定曲面细分等级。

#version 410 core                                                             
                                                                                  
    layout (vertices = 3) out;                                                    
                                                                                  
    void main(void)                                                               
    {                                                                             
        if (gl_InvocationID == 0)                                                 
        {                                                                         
            gl_TessLevelInner[0] = 5.0;                                           
            gl_TessLevelOuter[0] = 5.0;                                           
            gl_TessLevelOuter[1] = 5.0;                                           
            gl_TessLevelOuter[2] = 5.0;                                           
        }                                                                         
        gl_out[gl_InvocationID].gl_Position = gl_in[gl_InvocationID].gl_Position; 
    }

layout (vertices = 3) out;表示生成的控制点的个数。gl\_TessLevelInner和gl\_TessLevelOuter是内部变量，分别表示内外曲面细分等级（等级越高细分越精细）。gl\_in和gl\_out也是内部变量，分别表示输入输出数据。gl\_InvocationID表示索引。

### 2.2 曲面细分引擎 ###

曲面细分引擎是固定管线，将复杂的曲面转换为简单的点，线，三角形等。

### 2.3 曲面细分求值着色器 ###

#version 410 core                                           
                                                                
    layout (triangles, equal_spacing, cw) in;                   
                                                                
    void main(void)                                             
    {                                                           
        gl_Position = (gl_TessCoord.x * gl_in[0].gl_Position) + 
                      (gl_TessCoord.y * gl_in[1].gl_Position) + 
                      (gl_TessCoord.z * gl_in[2].gl_Position);  
    }

在细分后生成的顶点上都运行该着色器。所以，当曲面细分的精度越高，生成的顶点就越多，该着色器运行的次数就越多。其中设置细分模式的语句如下：

layout (triangles, equal_spacing, cw)  in

表示以等分边界的方式，顺时针生成三角形。

gl\_TessCoord表示生成顶点的重心。

### 3.片元着色器 ###

片元着色器负责计算片元的颜色。

#version 410 core                     
                                          
    out vec4 color;                       
                                          
    void main(void)                       
    {                                     
        color = vec4(0.0, 0.8, 1.0, 1.0); 
    }

## 4.渲染结果 ##

以下是在不同的细分精度下的渲染结果：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

gl\_TessLevelInner\[0\] = 5.0;  
gl\_TessLevelOuter\[0\] = 5.0;  
gl\_TessLevelOuter\[1\] = 5.0;  
gl\_TessLevelOuter\[2\] = 5.0;

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

gl\_TessLevelInner\[0\] = 5.0;  
gl\_TessLevelOuter\[0\] = 2.0;  
gl\_TessLevelOuter\[1\] = 2.0;  
gl\_TessLevelOuter\[2\] = 2.0；

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

gl\_TessLevelInner\[0\] =  2.0;  
gl\_TessLevelOuter\[0\] = 5.0;  
gl\_TessLevelOuter\[1\] = 5.0;  
gl\_TessLevelOuter\[2\] = 5.0;

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

gl\_TessLevelInner\[0\] = 2.0;  
gl\_TessLevelOuter\[0\] = 2.0;  
gl\_TessLevelOuter\[1\] = 2.0;  
gl\_TessLevelOuter\[2\] = 2.0

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230531/55e222cb72dc43d1b07cceb1cccfa1bf.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20230531/bab9eaa376b149d3bbca9c3d415d3c8c.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20230531/a76d9eba4a2242b4a004d85a2565f8fd.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20230531/36e5cbbe5d2344d0a475d9593a0a209b.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpeWF6aGVuMjAxMQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20230531/ada0817ea9ab4d36b5fd22f86840fddd.png