【OPENGL】第三篇 着色器基础（二）

---

在这一小节，主要学习GLSL的基本数据类型以及控制结构。GLSL具备了C++和Java的很多特性，我们会先了解所有着色阶段共有的特性，再了解各个着色器的专属特性。

---

1、着色器的基本结构

一个着色器程序和一个C程序类似，都是从main()函数开始执行的。同样支持单行注释//以及多行注释/**/

#version 330 core
void main(){
    // add test code
}

 2、着色器的数据类型

GLSL是一种强类型的语言，所有变量使用前的必须声明。可用字母、数字、以及下划线字符来组成变量名字。但是数字或者下划线字符不能作为变量名的第一个字符，也不能使用连续下划线。

所有变量都必须在声明的同时进行初始化。

类型透明：基本数据类型（float、double、int、uint、bool）以及聚合类型（所谓聚合类型就是基本类型的合并）

类型不透明：采样器（sampler）、图像（Image）、原子计数器（atomic counter）。

前面提到的聚合类型，每个基本类型都有对应的聚合类型，以int为例，有2D向量（vec2）、3D向量（vec3）、4D向量（vec4）以及矩阵（mat2、mat4）等类型。

需要注意的是对于矩阵类型比如mat4×3，其中第一个值表示列数，第二个值表示行数。此外，矩阵的指定需要遵循主序的原则。也就是说，传入的数据将先填充列，然后填充行。

向量与矩阵中的元素是可以单独访问和设置的。下面主要说三种比较特殊的分量

（x,y,z,w） 与位置相关的分量

（r,g,b,a）  与颜色相关的分量

（s,t,p,q）  与纹理坐标相关的分量

此外，还有数组类型，一个大小为n的数组的元素范围是0到n-1。

float coeff[3];
float[3] coeff;
int indices[];

类似其他语言比如C++/Java。　　

数组拥有构造函数 float coeff[3] = float[3](2.38, 3.14, 42.0)

GLSL的数组可以获取数组的长度 length() 该函数返回元素的个数。因为长度值在编译时就是已知的，所以length()方法会返回一个编译时常量。

 3、着色器的存储限制符（Storage Qualifiers）

数据类型可以通过一些修饰符来改变自己的行为。GLSL中一共定义了4种全局范围内的修饰符。

1、const 将一个变量定义为只读形式，可以理解为常量的意思

2、in 设置为着色器阶段的输入变量

3、out 设置为着色器阶段的输出变量

4、uniform 表示唯一，对所有几何图元的值都是一致的，除非应用程序对它执行了更新，否则着色器是并不会影响它的值的变化的。

5、buffer 设置应用程序共享的愉快可读写的内存

6、shared  只能用于用于计算着色器当中，它可以建立本地工作组内共享的内存。

4、逻辑语句

与其他语言类似GLSL提供了大量的操作符以及控制语句执行流程的逻辑操作

包括算术运算符、操作符、ifels、while、for、break、continue、return等，

这里有个特殊的关键字 discard 它只能用于片元着色器中，用于丢弃当前的片元、终止着色器的运行，不过这也得取决于具体的硬件实现。

另外函数的声明以及定义和C/C++类似，并且使用函数之前必须先声明，否则会产生错误。但是，需要特别注意的是，GLSL中没有指针或者引用的概念，

因此，GLSL提供了参数限制符，来表明其参数时候可以修改或者拷贝到函数等等，类型如下：

1、in 将数据拷贝到函数中（默认）

2、const in 将只读数据拷贝到函数中

3、out 从函数中获取数值

4、inout 将数据拷贝到函数中，并且返回函数中修改的数据

---

以上大概了解了GLSL的数据类型以及语句，下面是一些零散的知识点，先看看，以后用到时再重新回顾。

---

1、计算的不变性

GLSL无法保证在不同的着色器中，两个完全相同的计算公式会得到完全一样的结果。因此GLSL提供了invariant和precise关键字来保持着色器之间的计算不变性。

关于这个知识点，暂时无法理解，以后再回顾。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

2、着色器的预处理器（跳过）

3、数据块接口（Interface Blocks）

着色器与应用程序之间，或者着色器阶段之间共享的变量可以组织为变量块的形式，并且有的时候必须采用这种形式

例如 uniform块、in块、out块、buffer块等等。

写法有点类型结构体的写法：

下面以uniform为例
uniform b{
　　vec4 v1;
　　bool v2;
}; 
一个uniform块中只可以包含透明类型的变量，而且uniform块必须在全局作用域内声明。

注意：着色器中的数据类型有两种：不透明以及透明的。上文有提及。

4、从应用程序中访问uniform块

uniform变量是着色器与应用程序之间共享数据的桥梁，因此如果着色器中的uniform变量是定义在命名的uniform块中，那么就有必要找到不同变量的偏移值。

5、Buffer块

GLSL中的buffer块，或者对于应用程序而言，就是着色器的存储缓存对象（shader storage buffe object）

与uniform块类似，但是buffer块更为强大。如果不需要写入缓存，那么可以直接使用uniform块，并且硬件设备本身可能也没有足够的资源空间来支持buffer块，

但是uniform块通常是足够的。

6、in/out块

---

关于着色器的编译

OpenGL着色器程序的编写与C语言等基于编译器的语言非常类似。

我们使用编译器来解析程序，检查是否存在错误，然后将它翻译为目标代码obj。然后，在连接过程中将一系列目标文件合并，并产生最终的可执行程序。

在程序中使用GLSL着色器的过程与之类似，只不过编译器和连接器都是OpenGL API的一部分而已。

常规步骤：

对于每一个着色器对象：

　　1、创建一个着色器对象

　　2、将着色器源代码编译为对象

　　3、验证着色器的编译是否成功

将后需要将多个着色器对象链接为一个着色器程序，包括：

　　1、创建一个着色器程序

　　2、将着色器对象关联到着色器程序

　　3、连接着色器程序。

　　4、判断着色器的连接过程是否成功完成

　　5、使用着色器来处理顶点和片元

相关OpenGL函数

　　1、创建着色器对象　　glCreateShader(GLenum type)

　　　  type必须是　　GL_VERTEX_SHADER、GL_FFRAGMENT_SHADER、

　　　　　　　　　　    GL_TESS_CONTROL_SHADER、GL_TESS_EVALUATION_SHADER、GL_GEOMETRY_SHADER

　　　  中的一个。

　　2、将着色器的源代码关联到这个对象上。　　glShaderSource(...)

　　3、编译着色器对象的源代码　　　　　　　glCompileShader()

　　4、将着色器对象shader关联到着色器程序program中　　　　glAttachShader()

and so on...

---

不知不觉明天就是11月份了。一份小记拖了将近2个月，我也是醉了。

最近发现了DOOM3源码，如获至宝。以后有时间会研究下约翰卡马克大神的这个引擎。

10月31日

广州