OpenGL学习（三）——GLSL

参考资料：

• 【双语】【TheCherno】OpenGL_哔哩哔哩_bilibili
• [LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)](https://learnopengl-cn.github.io/01 Getting started/02 Creating a window/)
• LearnOpenGL 示例环境搭建 - 知乎 (zhihu.com)

GLSL

着色器(Shader)是运行在GPU上的小程序，用来完成渲染管线的一个环节。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。

在VSCode中可以创建后缀为.glsl的文件编写着色器代码，并通过ShaderToy插件进行实时预览调试。

数据类型

基础数据类型：int、float、double、uint和bool。

3种容器类型：向量(Vector)、矩阵(Matrix)和纹理采样器(Sampler)

结构体类型：和C语言一样，只是不支持嵌套定义

数组类型：和C语言一样

内建变量

向量

向量是一个可以包含有2、3或者4个分量的容器，分量的类型是基础类型中的一种。

其中n代表分量的数量

获取分量：通过.x、.y、.z和.w来获取它们的第1、2、3、4个分量。也允许你对颜色使用rgba，或是对纹理坐标使用stpq访问相同的分量。

向量重组

vec2 a(1.0, 2.0);
vec4 b = a.xyxx;
vec3 c = (a, 3.0)
vec4 d = a.xxxx + c.yxzy;

矩阵

纹理采样器

内建变量

定点着色器可用的内置变量如下表：

片段着色器的内置变量如下表：

修饰符

变量的声明可以使用如下的修饰符：

函数

每个shader中必须有一个main函数，其他和C语言一样。

内置函数

角和三角函数

指数函数

常用函数

几何函数

矩阵函数

向量关系函数

Texture查找函数

基本程序结构

#版本声明
对于定点着色器用layout关键字
输入变量声明;
输出变量声明;

void main() {
    执行代码逻辑
    为内置变量、输入变量和输出变量赋值
}

输入与输出

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。

• in 关键字：指定输入变量
• out 关键字：指定输出变量

只要指定的输出变量与下一个着色器的输入变量匹配，就能实现流水线式的传递。匹配的要求是变量类型和变量名都一样

对于顶点着色器：需要加一个 layout 标识，并且指定 location = 0 。不指定的话就要通过在OpenGL代码中使用glGetAttribLocation查询属性位置值(Location)

对于片段着色器：需要一个 vec4 的颜色输出变量。

CPU与GPU通信——CPU更改着色器中的变量

使用Uniform来实现CPU中的程序向GPU中的着色器发送数据。Uniform是全局的，因此不需要通过流水线式的 in/out 来传递，而是可以直接在任何一个着色器中直接访问。

通过在变量定义前加上 uniform 来将变量声明为Uniform。然后在CPU程序中先需要找到着色器中uniform属性的索引/位置值。当我们得到uniform的索引/位置值后，我们就可以更新它的值了。

如果你声明了一个uniform却在GLSL代码中没用过，编译器会静默移除这个变量，导致最后编译出的版本中并不会包含它，这可能导致几个非常麻烦的错误

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 rgbGreenValue = sin(timeValue) / 2.0f + 0.5f;
    int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
    glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, rgbGreenValue, 0.0f, 1.0f); // 设置vec4的4个分量的值

    // 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();
}

glUniform 函数的后缀选择：

注意，查询uniform地址不要求你之前使用过着色器程序，但是更新一个uniform之前你必须先启用程序（调用glUseProgram)，因为它是在当前激活的着色器程序中设置uniform的。