OpenGL 学习记录 - 着色器
编写: 王宇
2017-08-25
---------------------------------------------
着色器 - 运行在GPU上的小程序
从基本意义上来说,着色器只是一种把输入转化为输出的程序。着色器也是一种非常独立的程序,因为它们之间不能相互通信;它们之间唯一的沟通只有通过输入和输出。
- GLSL - 包含一些针对向量和矩阵操作的有用特性。
#version version_number in type in_variable_name; in type in_variable_name; out type out_variable_name; uniform type uniform_name; int main() { // 处理输入并进行一些图形操作 ... // 输出处理过的结果到输出变量 out_variable_name = weird_stuff_we_processed; }
- 数据类型
- GLSL中包含C等其它语言大部分的默认基础数据类型:int、float、double、uint和bool
- GLSL也有两种容器类型,分别是向量(Vector)和矩阵(Matrix)
-
向量
GLSL中的向量是一个可以包含有1、2、3或者4个分量的容器,分量的类型可以是前面默认基础类型的任意一个。它们可以是下面的形式(n代表分量的数量):- 一个向量的分量可以通过vec.x这种方式获取
- 重组:分量选择方式
vec2 someVec; vec4 differentVec = someVec.xyxx; vec3 anotherVec = differentVec.zyw; vec4 otherVec = someVec.xxxx + anotherVec.yxzy;
vecn | 包含n个float分量的默认向量 |
bvecn | 包含n个bool分量的向量 |
ivecn | 包含n个int分量的向量 |
uvecn | 包含n个unsigned int分量的向量 |
dvecn | 包含n个double分量的向量 |
-
输入与 输出
虽然着色器是各自独立的小程序,但是它们都是一个整体的一部分,出于这样的原因,我们希望每个着色器都有输入和输出,这样才能进行数据交流和传递。GLSL定义了in和out关键字专门来实现这个目的。每个着色器使用这两个关键字设定输入和输出,只要一个输出变量与下一个着色器阶段的输入匹配,它就会传递下去。但在顶点和片段着色器中会有点不同。- 顶点着色器应该接收的是一种特殊形式的输入,它从顶点数据中直接接收输入
- location: 这一元数据指定输入变量,这样我们才可以在CPU上配置顶点属性。这一元数据指定输入变量,这样我们才可以在CPU上配置顶点属性。
- layout: 顶点着色器需要为它的输入提供一个额外的标识,这样我们才能把它链接到顶点数据
- 另一个例外是片段着色器,它需要一个vec4颜色输出变量,因为片段着色器需要生成一个最终输出的颜色。
- 顶点着色器
#version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为0 out vec4 vertexColor; // 为片段着色器指定一个颜色输出 void main() { gl_Position = vec4(aPos, 1.0); // 注意我们如何把一个vec3作为vec4的构造器的参数 vertexColor = vec4(0.5, 0.0, 0.0, 1.0); // 把输出变量设置为暗红色 }
- 片段着色器
#version 330 core out vec4 FragColor; in vec4 vertexColor; // 从顶点着色器传来的输入变量(名称相同、类型相同) void main() { FragColor = vertexColor; }
-
Uniform
Uniform是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式- uniform和顶点属性有些不同:
- uniform是全局的(Global)。全局意味着uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的,而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。
- 无论你把uniform值设置成什么,uniform会一直保存它们的数据,直到它们被重置或更新。
- 例子
#version 330 core out vec4 FragColor; uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代码中设定这个变量 void main() { FragColor = ourColor; }
随时间变化赋值
float timeValue = glfwGetTime(); float greenValue = (sin(timeValue) / 2.0f) + 0.5f; int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor"); glUseProgram(shaderProgram); glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);
- 使用uniform 渲染
while(!glfwWindowShouldClose(window)) { // 输入 processInput(window); // 渲染 // 清除颜色缓冲 glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f); glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); // 记得激活着色器 glUseProgram(shaderProgram); // 更新uniform颜色 float timeValue = glfwGetTime(); float greenValue = sin(timeValue) / 2.0f + 0.5f; int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor"); glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f); // 绘制三角形 glBindVertexArray(VAO); glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3); // 交换缓冲并查询IO事件 glfwSwapBuffers(window); glfwPollEvents(); }
-
更多属性
- 将色彩加入到顶点数据中
float vertices[] = { // 位置 // 颜色 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f, // 右下 -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, // 左下 0.0f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f // 顶部 };
-
调整一下顶点着色器, 用layout标识符来把aColor属性的位置值设置为1
#version 330 core layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为 0 layout (location = 1) in vec3 aColor; // 颜色变量的属性位置值为 1 out vec3 ourColor; // 向片段着色器输出一个颜色 void main() { gl_Position = vec4(aPos, 1.0); ourColor = aColor; // 将ourColor设置为我们从顶点数据那里得到的输入颜色 }
-
修改一下片段着色器.不再使用uniform来传递片段的颜色了,现在使用ourColor输出变量
#version 330 core out vec4 FragColor; in vec3 ourColor; void main() { FragColor = vec4(ourColor, 1.0); }
-
VBO内存中的数据
-
使用glVertexAttribPointer函数更新顶点格式
// 位置属性 glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0); glEnableVertexAttribArray(0); // 颜色属性 glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3* sizeof(float))); glEnableVertexAttribArray(1);
-
我们自己的着色器类
- 从硬盘读取着色器,然后编译并链接它们,并对它们进行错误检测
#ifndef SHADER_H #define SHADER_H #include <glad/glad.h>; // 包含glad来获取所有的必须OpenGL头文件 #include <string> #include <fstream> #include <sstream> #include <iostream> class Shader { public: // 程序ID unsigned int ID; // 构造器读取并构建着色器 Shader(const GLchar* vertexPath, const GLchar* fragmentPath); // 使用/激活程序 void use(); // uniform工具函数 void setBool(const std::string &name, bool value) const; void setInt(const std::string &name, int value) const; void setFloat(const std::string &name, float value) const; }; #endif
use用来激活着色器程序,所有的set…函数能够查询一个unform的位置值并设置它的值。
-
从文件读取
- 使用C++文件流读取着色器内容,储存到几个string对象里使用C++文件流读取着色器内容,储存到几个
string
对象里
Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath) { // 1. 从文件路径中获取顶点/片段着色器 std::string vertexCode; std::string fragmentCode; std::ifstream vShaderFile; std::ifstream fShaderFile; // 保证ifstream对象可以抛出异常: vShaderFile.exceptions (std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit); fShaderFile.exceptions (std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit); try { // 打开文件 vShaderFile.open(vertexPath); fShaderFile.open(fragmentPath); std::stringstream vShaderStream, fShaderStream; // 读取文件的缓冲内容到数据流中 vShaderStream << vShaderFile.rdbuf(); fShaderStream << fShaderFile.rdbuf(); // 关闭文件处理器 vShaderFile.close(); fShaderFile.close(); // 转换数据流到string vertexCode = vShaderStream.str(); fragmentCode = fShaderStream.str(); } catch(std::ifstream::failure e) { std::cout << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESFULLY_READ" << std::endl; } const char* vShaderCode = vertexCode.c_str(); const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str(); [...]
- 编译和链接着色器
// 2. 编译着色器 unsigned int vertex, fragment; int success; char infoLog[512]; // 顶点着色器 vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER); glShaderSource(vertex, 1, &vShaderCode, NULL); glCompileShader(vertex); // 打印编译错误(如果有的话) glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success); if(!success) { glGetShaderInfoLog(vertex, 512, NULL, infoLog); std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl; }; // 片段着色器也类似 [...] // 着色器程序 this->Program = glCreateProgram(); glAttachShader(this->Program, vertex); glAttachShader(this->Program, fragment); glLinkProgram(this->Program); // 打印连接错误(如果有的话) glGetProgramiv(this->Program, GL_LINK_STATUS, &success); if(!success) { glGetProgramInfoLog(this->Program, 512, NULL, infoLog); std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl; } // 删除着色器,它们已经链接到我们的程序中了,已经不再需要了 glDeleteShader(vertex); glDeleteShader(fragment);
- use函数非常简单
void Use() { glUseProgram(this->Program); }void Use() { glUseProgram(this->Program); }
- uniform的setter函数也很类似
void setBool(const std::string &name, bool value) const { glUniform1i(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), (int)value); } void setInt(const std::string &name, int value) const { glUniform1i(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), value); } void setFloat(const std::string &name, float value) const { glUniform1f(glGetUniformLocation(ID, name.c_str()), value); }
- 使用这个着色器类很简单;只要创建一个着色器对象,从那一点开始我们就可以开始使用了:
Shader ourShader("path/to/shaders/shader.vs", "path/to/shaders/shader.fs"); ... while(...) { ourShader.use(); ourShader.setFloat("someUniform", 1.0f); DrawStuff(); }
- 使用C++文件流读取着色器内容,储存到几个string对象里使用C++文件流读取着色器内容,储存到几个
相关推荐
4. **OpenGL优化技术**:学习OpenGL中的高级特性,如着色器程序、纹理映射等,以提高渲染效率和视觉效果。 总之,OpenGL与Qt的集成可以充分利用两者的优点,为开发者提供一个强大的图形应用开发平台。通过上述知识...
在"code__opengl学习笔记1-基本的运行框架"中,可能包含了如何设置OpenGL环境、编译和运行程序的基础知识。这通常包括安装必要的库、配置编译器、创建项目结构以及理解GLUT的基本用法。这些都是进行OpenGL编程的先决...
OpenGL学习笔记1 - 基本的运行框架 在计算机图形学领域,OpenGL是一个广泛使用的跨语言、跨平台的应用程序编程接口(API),用于渲染2D、3D图像。本笔记将聚焦于如何在Visual Studio 2012环境下搭建一个基本的...
在本篇“Android OpenGL 学习笔记(一)”中,我们将探讨如何在Android平台上使用OpenGL ES进行图形渲染。OpenGL ES是OpenGL的一个轻量级版本,专为嵌入式系统设计,包括移动设备如智能手机和平板电脑。这篇笔记将...
OpenGL的渲染流程遵循固定的管线模型,从顶点数据开始,经过顶点着色器、几何着色器、片段着色器等阶段,最后在屏幕上生成像素。在早期的NeHe教程中,这些着色器通常是内置的,但随着OpenGL版本的更新,现代教程更...
OpenGL的渲染管线是一系列有序的处理阶段,从顶点数据开始,经过顶点着色器、细分着色器、几何着色器、图元设置、剪切、光栅化,直到片段着色器,最终生成图像。顶点着色器接收并处理每个顶点,细分着色器和几何着色...
### OpenGL着色语言知识点概述 #### 一、OpenGL简介 ...此外,通过对这些技术的深入学习和实践,还可以进一步探索OpenGL的其他高级功能,如几何着色器、纹理映射等,从而实现更加丰富的图形效果。
### OpenGL学习笔记知识点详解 #### 一、OpenGL简介与安装准备 OpenGL(Open Graphics Library)是一种用于渲染2D、3D矢量图形的跨语言、跨平台的应用程序编程接口(API)。它被广泛应用于游戏开发、图形软件以及...
7. **GLSL(OpenGL Shading Language)**:这是一种高级着色语言,允许程序员编写运行在GPU上的自定义着色器,实现更复杂的图形效果。 8. **扩展**:OpenGL标准不断发展,新的特性通常以扩展的形式出现。开发者可以...
- **OpenGL ES 2.0** 采用了完全基于着色器的语言编程模型,这意味着开发者需要手动编写顶点着色器和片段着色器来实现所有图形效果。 - **OpenGL 1.1** 则提供了固定的管线,开发者只需要调用预设的函数即可完成大...
现代OpenGL学习笔记三:深入理解着色器-附件资源
5. **着色器编程**:编写GLSL(OpenGL Shading Language)着色器,实现复杂的图形效果。 6. **资源管理**:加载和管理纹理、模型、着色器等资源。 总的来说,C#版的OpenGL为C#开发者提供了一个与原生OpenGL接口兼容...
总的来说,这份"opengl学习笔记"覆盖了OpenGL编程基础中的关键点,从图形管线到坐标变换,再到拾取模式和视口设置。通过深入学习并实践这些内容,读者将能够构建自己的3D应用程序,实现各种视觉效果。
在配合的文章《OpenGL学习笔记——JNI篇》中,作者通过JNI(Java Native Interface)来演示如何在Java程序中调用OpenGL进行图形绘制。JNI是Java平台的一部分,允许Java代码和其他语言写的代码进行交互,这在需要高...
GLSL是OpenGL的着色语言,用于编写顶点着色器和片段着色器等。这些着色器程序允许开发者自定义渲染过程中的颜色计算,包括平滑和平坦着色。例如,你可以在GLSL的片段着色器中根据顶点颜色和法线来计算每个像素的...