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緩沖和紋理包含了OpenGL程序所需要的原材料，但是沒有著色器，它們只是無效的字節(jié)塊。如果你還記得我們概要中的繪圖管線，渲染需要一個頂點(diǎn)著色器將我們的頂點(diǎn)映射到屏幕空間，還需要一個片元著色器，對生成的三角形的光柵化片元進(jìn)行著色。OpenGL中的著色器是使用一種叫作GLSL(GL Shading Language)的語言寫的，它看起來跟C語言很像。在這篇文章中，我們將展示我們的"hello world"程序的著色器代碼，然后寫C代碼來加載，編譯并將它鏈接到OpenGL。 頂點(diǎn)著色器 這個是我們的頂點(diǎn)著色器的GLSL代碼，在hello-gl.v.glsl中： #version 110 attribute vec2 position; varying vec2 texcoord; void main() { gl_Position = vec4(position, 0.0, 1.0); texcoord = position * vec2(0.5) + vec2(0.5); } 我先總結(jié)這個著色器做什么事情，然后再給出關(guān)于GLSL更多的一些細(xì)節(jié)。這個著色器首先將頂點(diǎn)的屏幕坐標(biāo)賦值到gl_Position，它是GLSL提供的一個預(yù)定義變量。在屏幕空間中，坐標(biāo)(-1,-1)和(1,1)分別代表framebuffer的左下角和右上角；由于我們的頂點(diǎn)數(shù)組也是這樣的矩形，我們可以直接拷貝每個頂點(diǎn)position值的x和y。gl_Position的另外兩個向量組成是用于深度測試和透視投影(譯者:perspective projection是專業(yè)術(shù)語吧？如何翻譯)；我們將在下一節(jié)用于3D數(shù)學(xué)的時候好好看一下它們�，F(xiàn)在，我們僅僅是將它們的值設(shè)為0和1。著色器然后做了一些數(shù)學(xué)計算來將我們的屏幕空間點(diǎn)positions從屏幕空間(-1到1)映射到紋理空間(0到1)并將結(jié)果賦值給頂點(diǎn)的texcoord。 
跟C很相似，GLSL著色器從main函數(shù)開始執(zhí)行，在GLSL中main函數(shù)不接受參數(shù)并返回void。GLSL借用了C的預(yù)處理關(guān)鍵字用于它自己的指令。#version指令表明下面源代碼的GLSL版本；我們的#version聲明了我們使用GLSL版本1.10(GLSL版本跟OpenGL版本綁定得很緊；1.10是對應(yīng)于OpenGL 2.0)。GLSL去掉了指針和大多數(shù)的C中的各種大小的數(shù)值類型，只保留了常用的bool,int和float類型，但是它添加了一系列的向量和矩陣類型，長度最多為4個單元大小。這里你看到的vec2和vec4類型分別是兩元素和四元素的float向量。類型名也可以作為這些類型的構(gòu)造函數(shù)使用；你可以使用單值構(gòu)造一個向量，構(gòu)成的向量的每個元素都將是這個值，或者從向量和單值的混合構(gòu)造，它們會綁到一起成為一個更大的向量。GLSL的數(shù)學(xué)操作和一些內(nèi)置函數(shù)是定義在這些向量類型之上的，可以執(zhí)行元素級的計算。除了數(shù)值類型，GLSL還提供特殊的sampler數(shù)據(jù)類型用于紋理取樣，在下面片元著色器中我們將會看到。這些基本類型可以集合成數(shù)組和用戶自定義的struct類型。 頂點(diǎn)著色器使用GLSL程序中特殊定義的全局變量和繪圖管線環(huán)境進(jìn)行通信。它的輸入來自于uniform變量以及attribute變量，分別提供狀態(tài)值和頂點(diǎn)數(shù)組的每個頂點(diǎn)屬性。著色器將它的每個頂點(diǎn)輸出賦值到varying變量。GLSL預(yù)定義了一些varying變量來接收繪圖管線中使用的特殊的輸出，包括這里我們使用的gl_Position變量。 片元著色器 現(xiàn)在讓我們看一下片元著色器源代碼，在hello-gl.f.glsl中： #version 110 uniform float fade_factor; uniform sampler2D textures[2]; varying vec2 texcoord; void main() { gl_FragColor = mix( texture2D(textures[0], texcoord), texture2D(textures[1], texcoord), fade_factor ); } 在片元著色器中，有些輕微的變化。varying變量成了這里的輸入：每個片元著色器中的varying變量是跟頂點(diǎn)著色器中的同名變量鏈接在一起的，并且對這個變量，每個片元著色器調(diào)用都接收到一個光柵化的頂點(diǎn)著色器的輸出。片元著色器也給出了一系列不同的gl*預(yù)定義變量。glFragColor是其中最重要的，著色器將會給它一個vec4的RGBA顏色值。片元著色器可以訪問到跟頂點(diǎn)著色器同樣的uniform系列，但是不能訪問到attribute變量。
我們的片元著色器使用GLSL內(nèi)置的texture2D函數(shù)來對兩個紋理從texcoord的uniform狀態(tài)進(jìn)行取樣。然后它調(diào)用內(nèi)置的mix函數(shù)基于當(dāng)前的fade_factor值對兩個紋理值進(jìn)行組合：0會輸出只有第一個紋理的取樣，1只會輸出第二個紋理的取樣，而中間的值會給出兩者的一個混色。 既然我們已經(jīng)察看了GLSL著色器代碼，讓我們回到C并加載著色器到OpenGL。 存儲我們的著色器對象 static struct { /* ... fields for buffer and texture objects */ GLuint vertex_shader, fragment_shader, program; struct { GLint fade_factor; GLint textures[2]; } uniforms; struct { GLint position; } attributes; GLfloat fade_factor; } g_resources; 首先，讓我們添加一些域到我們的gresources結(jié)構(gòu)體中，存儲我們的著色器對象名字和創(chuàng)建后的程序?qū)ο�。類似緩沖和紋理對象，著色器和程序?qū)ο笠彩怯肎Luint句柄命名。我們還添加了一些域來存放整型變量，我們需要在我們的著色器的uniform和attribute變量引用它們。最后，我們添加了一個域來存浮點(diǎn)數(shù)值，我們將在每一幀把fadefactor賦值給它。 編譯著色器對象 static GLuint make_shader(GLenum type, const char *filename) { GLint length; GLchar *source = file_contents(filename, &length); GLuint shader; GLint shader_ok; if (!source) return 0; OpenGL從GLSL源代碼編譯著色器對象并保存生成的GPU機(jī)器碼。沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的方式來將GLSL程序預(yù)編譯成一個二進(jìn)制--你必須每次都從源代碼編譯著色器。這里我們在一個單獨(dú)的文件中寫著色器代碼，這樣每次我們改變著色器代碼時就不用重編譯我們的C代碼。 shader = glCreateShader(type); glShaderSource(shader, 1, (const GLchar**)&source, &length); free(source); glCompileShader(shader); 著色器和程序?qū)ο竺撾x了緩沖和紋理所使用的那套glGen和glBind協(xié)議。不像緩沖和紋理函數(shù)，操作著色器和程序的函數(shù)直接使用對象的整數(shù)名作為參數(shù)。對象不需要綁定到任何目標(biāo)。這里，我們對過調(diào)用glCreateShader創(chuàng)建一個著色器對象，著色器參數(shù)可以是GLVERTEXSHADER或者GLFRAGMENTSHADER。然后我們提供一個源代碼的字符串指針給glShaderSource，并告訴OpenGL去使用glCompileShader編譯著色器。這一步跟C的編譯處理過程很類型；編譯的著色器對象也是類型一個.o或者.obj文件。正如C項目中一樣，任意多的頂點(diǎn)著色器和片元著色器可以被鏈接到一起形成一個工作的程序，每個著色器對象引用到其它同類型著色器對象中定義的函數(shù)，只要被引用函數(shù)全部可以被解析并且頂點(diǎn)著色器和片元著色器的main函數(shù)都提供了。 glGetShaderiv(shader, GL_COMPILE_STATUS, &shader_ok); if (!shader_ok) { fprintf(stderr, "Failed to compile %s:\n", filename); show_info_log(shader, glGetShaderiv, glGetShaderInfoLog); glDeleteShader(shader); return 0; } return shader; } 同樣正如C程序，一個著色器的代碼塊可能會由于語法錯誤，引用不存在的函數(shù)，或者類型不匹配而鏈接失敗。OpenGL對每個著色器對象維護(hù)一個由GLSL編譯器發(fā)出的錯誤或警告信息記錄。在編譯著色器之后，我們需要使用glGetShaderiv檢查它的GLCOMPILESTATUS。如果編譯失敗了，我們使用showinfolog函數(shù)顯示信息記錄并放棄。下面是showinfolog函數(shù)： static void show_info_log( GLuint object, PFNGLGETSHADERIVPROC glGet__iv, PFNGLGETSHADERINFOLOGPROC glGet__InfoLog ) { GLint log_length; char *log; glGet__iv(object, GL_INFO_LOG_LENGTH, &log_length); log = malloc(log_length); glGet__InfoLog(object, log_length, NULL, log); fprintf(stderr, "%s", log); free(log); } 我們將glGetShaderiv和glGetShaderInfoLog函數(shù)作為參數(shù)傳給showinfolog，這樣我們可以在后面對程序?qū)ο笾赜煤瘮?shù)(那些PFNGL*函數(shù)指針名是由GLEW提供的)。我們使用GLINFOLOG_LENGTH參數(shù)調(diào)用glGetShaderiv來得到信息記錄的長度，分配緩沖來存放它，并使用glGetShaderInfoLog來得到它的內(nèi)容。 鏈接程序?qū)ο?/strong> static GLuint make_program(GLuint vertex_shader, GLuint fragment_shader) { GLint program_ok; GLuint program = glCreateProgram(); glAttachShader(program, vertex_shader); glAttachShader(program, fragment_shader); glLinkProgram(program); 如果著色器對象是GLSL編譯過程的對象文件，那么程序?qū)ο笤谕瓿蓵r是可執(zhí)行的。我們使用glCreateProgram創(chuàng)建一個程序?qū)ο螅褂胓lAttachShader附上著色器對象跟它進(jìn)行鏈接，最后使用glLinkProgram調(diào)用鏈接過程。 glGetProgramiv(program, GL_LINK_STATUS, &program_ok); if (!program_ok) { fprintf(stderr, "Failed to link shader program:\n"); show_info_log(program, glGetProgramiv, glGetProgramInfoLog); glDeleteProgram(program); return 0; } return program; } 當(dāng)然，鏈接也可能會失敗，由于被引用函數(shù)未定義，缺少main函數(shù)，片元著色器使用了非頂點(diǎn)著色器提供的varying輸入，以及其它一些類似C程序鏈接失敗的原因。我們檢查程序的GLLINKSTATUS并將它的日志信息使用showinfolog導(dǎo)出，這次使用用于program的glGetProgramiv和glGetProgramInfoLog函數(shù)。 現(xiàn)在我們將make_resources用來編譯和鏈接我們著色器的最后一部分填上： static int make_resources(void) { /* make buffers and textures ... */ g_resources.vertex_shader = make_shader( GL_VERTEX_SHADER, "hello-gl.v.glsl" ); if (g_resources.vertex_shader == 0) return 0; g_resources.fragment_shader = make_shader( GL_FRAGMENT_SHADER, "hello-gl.f.glsl" ); if (g_resources.fragment_shader == 0) return 0; g_resources.program = make_program( g_resources.vertex_shader, g_resources.fragment_shader ); if (g_resources.program == 0) return 0; 查找著色器變量位置 g_resources.uniforms.fade_factor = glGetUniformLocation(g_resources.program, "fade_factor"); g_resources.uniforms.textures[0] = glGetUniformLocation(g_resources.program, "textures[0]"); g_resources.uniforms.textures[1] = glGetUniformLocation(g_resources.program, "textures[1]"); g_resources.attributes.position = glGetAttribLocation(g_resources.program, "position"); return 1; } GLSL鏈接器將一個GLint位置賦值到每個uniform變量和頂點(diǎn)的attribute。uniforms或者attributes的結(jié)構(gòu)體和數(shù)組會被繼續(xù)分解，每個域都會對它的位置賦值。當(dāng)我們使用程序進(jìn)行渲染時，將變量賦值到uniform變量以及映射頂點(diǎn)數(shù)組的屬性，我們將需要使用這些整數(shù)位置。這里，我們使用函數(shù)glGetUniformLocation和glGetAttribLocation來查找這些位置，以字符串形式給它們變量名，結(jié)構(gòu)體域名，或者數(shù)組元素名字。我們?nèi)缓笤谖覀兂绦虻膅_resource結(jié)構(gòu)體中記錄這些位置。程序鏈接在一起，并且記錄中有了uniform和attribute位置，我們可以準(zhǔn)備好了使用程序進(jìn)行渲染。 下次，渲染 我知道我在吊你胃口，最后部分還沒完成，還沒有一個完整的可以運(yùn)行的程序。我將在在下次，也就是本章最后一部分，修復(fù)它，到時我會寫代碼讓繪圖管線運(yùn)作起來渲染我們的場景。 |
