在前面的博客中，我們都使用到了片元著色器和頂點(diǎn)著色器提茁，相信我們對(duì)著色器語(yǔ)言有了一點(diǎn)了解。前面我們所使用的著色器馁菜，代碼非常簡(jiǎn)單茴扁，能做的事情非常有限，而在后面的博客中我們將會(huì)用到的著色器的越來(lái)越復(fù)雜汪疮，所以在這里單獨(dú)寫一篇博客來(lái)介紹我們使用到的著色器語(yǔ)言GLSL峭火。

關(guān)于著色器

著色器是用來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像渲染的，用來(lái)替代固定渲染管線的可編程程序智嚷。著色器替代了傳統(tǒng)的固定渲染管線卖丸，可以實(shí)現(xiàn)3D圖形學(xué)計(jì)算中的相關(guān)計(jì)算，由于其可編程性纤勒，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的圖像效果而不用受顯卡的固定渲染管線限制坯苹。這極大的提高了圖像的畫質(zhì)。

本篇博客重點(diǎn)介紹GLSL語(yǔ)言本身摇天，關(guān)于固定管道和可編程管道的介紹可自行查閱粹湃，或者直接參照Android OpenGLES2.0（一）——了解OpenGLES2.0的OpenGLES1.x和OpenGLES2.0的渲染管道圖，即可知道固定渲染管道和可編程渲染管道的區(qū)別泉坐。
關(guān)于著色器前面的博客也提到過(guò)为鳄，在OpenGLES中著色器分為頂點(diǎn)著色器和片元著色器，我們可以理解為：頂點(diǎn)著色器是針對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)執(zhí)行一次腕让，用于確定頂點(diǎn)的位置孤钦；片元著色器是針對(duì)每個(gè)片元（可以理解為每個(gè)像素）執(zhí)行一次，用于確定每個(gè)片元（像素）的顏色纯丸。

著色器語(yǔ)言簡(jiǎn)介

OpenGLES的著色器語(yǔ)言GLSL是一種高級(jí)的圖形化編程語(yǔ)言偏形，其源自應(yīng)用廣泛的C語(yǔ)言。與傳統(tǒng)的C語(yǔ)言不同的是觉鼻，它提供了更加豐富的針對(duì)于圖像處理的原生類型俊扭，諸如向量、矩陣之類坠陈。OpenGLES 主要包含以下特性：

• GLSL是一種面向過(guò)程的語(yǔ)言萨惑，和Java的面向?qū)ο笫遣煌摹?/li>
• GLSL的基本語(yǔ)法與C/C++基本相同捐康。
• 它完美的支持向量和矩陣操作。
• 它是通過(guò)限定符操作來(lái)管理輸入輸出類型的庸蔼。
• GLSL提供了大量的內(nèi)置函數(shù)來(lái)提供豐富的擴(kuò)展功能解总。

在前面的博客示例中，我們所使用的都是非常簡(jiǎn)單的著色器姐仅，基本沒(méi)有使用過(guò)GLSL的內(nèi)置函數(shù)花枫，在后面使用光照、貼圖等等其他功能萍嬉，我們不可避免的要使用這些內(nèi)置函數(shù)乌昔。

著色器語(yǔ)言基礎(chǔ)

GLSL雖然是基于C/C++的語(yǔ)言，但是它和C/C++還是有很大的不同的壤追，比如在GLSL中沒(méi)有double、long等類型供屉，沒(méi)有union行冰、enum、unsigned以及位運(yùn)算等特性伶丐。

數(shù)據(jù)類型

GLSL中的數(shù)據(jù)類型主要分為標(biāo)量悼做、向量、矩陣哗魂、采樣器肛走、結(jié)構(gòu)體、數(shù)組录别、空類型七種類型：

• 標(biāo)量：標(biāo)量表示的是只有大小沒(méi)有方向的量朽色，在GLSL中標(biāo)量只有bool、int和float三種组题。對(duì)于int葫男，和C一樣，可以寫為十進(jìn)制（16）崔列、八進(jìn)制（020）或者十六進(jìn)制（0x10）梢褐。關(guān)于進(jìn)制不了解的，得自己補(bǔ)補(bǔ)赵讯，這是編程基礎(chǔ)盈咳。對(duì)于標(biāo)量的運(yùn)算，我們最需要注意的是精度边翼，防止溢出問(wèn)題鱼响。
• 向量：向量我們可以看做是數(shù)組，在GLSL通常用于儲(chǔ)存顏色讯私、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)热押，針對(duì)維數(shù)西傀，可分為二維、三維和四位向量桶癣。針對(duì)存儲(chǔ)的標(biāo)量類型拥褂，可以分為bool、int和float牙寞。共有vec2饺鹃、vec3、vec4间雀，ivec2悔详、ivec3、ivec4惹挟、bvec2茄螃、bvec3和bvec4九種類型，數(shù)組代表維數(shù)连锯、i表示int類型归苍、b表示bool類型。需要注意的是运怖，GLSL中的向量表示豎向量拼弃，所以與矩陣相乘進(jìn)行變換時(shí)，矩陣在前摇展，向量在后（與DirectX正好相反）吻氧。向量在GPU中由硬件支持運(yùn)算，比CPU快的多咏连。

1. 作為顏色向量時(shí)盯孙，用rgba表示分量，就如同取數(shù)組的中具體數(shù)據(jù)的索引值捻勉。三維顏色向量就用rgb表示分量镀梭。比如對(duì)于顏色向量vec4 color，color[0]和color.r都表示color向量的第一個(gè)值踱启，也就是紅色的分量报账。其他相同。
2. 作為位置向量時(shí)埠偿，用xyzw表示分量透罢，xyz分別表示xyz坐標(biāo)，w表示向量的模冠蒋。三維坐標(biāo)向量為xyz表示分量羽圃，二維向量為xy表示分量。
3. 作為紋理向量時(shí)抖剿，用stpq表示分量朽寞，三維用stp表示分量识窿，二維用st表示分量。

• 矩陣：在GLSL中矩陣擁有22脑融、33喻频、4*4三種類型的矩陣，分別用mat2肘迎、mat3甥温、mat4表示。我們可以把矩陣看做是一個(gè)二維數(shù)組妓布，也可以用二維數(shù)組下表的方式取里面具體位置的值姻蚓。
• 采樣器：采樣器是專門用來(lái)對(duì)紋理進(jìn)行采樣工作的，在GLSL中一般來(lái)說(shuō)匣沼，一個(gè)采樣器變量表示一副或者一套紋理貼圖狰挡。所謂的紋理貼圖可以理解為我們看到的物體上的皮膚。
• 結(jié)構(gòu)體：和C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)體相同释涛，用struct來(lái)定義結(jié)構(gòu)體圆兵，關(guān)于結(jié)構(gòu)體參考C語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)體。
• 數(shù)組：數(shù)組知識(shí)也和C中相同枢贿，不同的是數(shù)組聲明時(shí)可以不指定大小，但是建議在不必要的情況下刀脏，還是指定大小的好局荚。
• 空類型：空類型用void表示，僅用來(lái)聲明不返回任何值得函數(shù)愈污。

變量聲明示例：

float a=1.0;
int b=1;
bool c=true;
vec2 d=vec2(1.0,2.0);
vec3 e=vec3(1.0,2.0,3.0)
vec4 f=vec4(vec3,1.2);
vec4 g=vec4(0.2);  //相當(dāng)于vec(0.2,0.2,0.2,0.2)
vec4 h=vec4(a,a,1.3,a);
mat2 i=mat2(0.1,0.5,1.2,2.4);
mat2 j=mat2(0.8);   //相當(dāng)于mat2(0.8,0.8,0.8,0.8)
mat3 k=mat3(e,e,1.2,1.6,1.8);

運(yùn)算符

GLSL中的運(yùn)算符有（越靠前耀态，運(yùn)算優(yōu)先級(jí)越高）：

1. 索引：[]
2. 前綴自加和自減：++，–
3. 一元非和邏輯非：~暂雹，首装！
4. 加法和減法：+，-
5. 等于和不等于：==杭跪，仙逻！=
6. 邏輯異或：^^
7. 三元運(yùn)算符號(hào)，選擇：涧尿？:
8. 成員選擇與混合：.
9. 后綴自加和自減：++系奉，–
10. 乘法和除法：*，/
11. 關(guān)系運(yùn)算符：>姑廉，<缺亮，=，>=桥言，<=萌踱，<>
12. 邏輯與：&&
13. 邏輯或：||
14. 賦值預(yù)算：=葵礼，+=，-=并鸵，*=鸳粉，/=

類型轉(zhuǎn)換

GLSL的類型轉(zhuǎn)換與C不同。在GLSL中類型不可以自動(dòng)提升能真，比如float a=1;就是一種錯(cuò)誤的寫法赁严，必須嚴(yán)格的寫成float a=1.0，也不可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換粉铐，即float a=(float)1;也是錯(cuò)誤的寫法疼约，但是可以用內(nèi)置函數(shù)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如float a=float(1);還有float a=float(true);（true為1.0蝙泼，false為0.0）等程剥，值得注意的是，低精度的int不能轉(zhuǎn)換為低精度的float汤踏。

限定符

在之前的博客中也提到了织鲸，GLSL中的限定符號(hào)主要有：

• attritude：一般用于各個(gè)頂點(diǎn)各不相同的量。如頂點(diǎn)顏色溪胶、坐標(biāo)等搂擦。
• uniform：一般用于對(duì)于3D物體中所有頂點(diǎn)都相同的量。比如光源位置哗脖，統(tǒng)一變換矩陣等瀑踢。
• varying：表示易變量，一般用于頂點(diǎn)著色器傳遞到片元著色器的量才避。
• const：常量橱夭。

限定符與java限定符類似，放在變量類型之前桑逝，并且只能用于全局變量棘劣。在GLSL中，沒(méi)有默認(rèn)限定符一說(shuō)楞遏。

流程控制

GLSL中的流程控制與C中基本相同茬暇，主要有：

    if(){}、if(){}else{}橱健、if(){}else if(){}else{}
    while(){}和do{}while()
    for(;;){}
    break和continue

函數(shù)

GLSL中也可以定義函數(shù)而钞，定義函數(shù)的方式也與C語(yǔ)言基本相同。函數(shù)的返回值可以是GLSL中的除了采樣器的任意類型拘荡。對(duì)于GLSL中函數(shù)的參數(shù)臼节，可以用參數(shù)用途修飾符來(lái)進(jìn)行修飾，常用修飾符如下：

• in：輸入?yún)?shù)，無(wú)修飾符時(shí)默認(rèn)為此修飾符网缝。
• out：輸出參數(shù)巨税。
• inout：既可以作為輸入?yún)?shù)，又可以作為輸出參數(shù)粉臊。

浮點(diǎn)精度

與頂點(diǎn)著色器不同的是草添，在片元著色器中使用浮點(diǎn)型時(shí)，必須指定浮點(diǎn)類型的精度扼仲，否則編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)远寸。精度有三種，分別為：

• lowp：低精度屠凶。8位驰后。
• mediump：中精度。10位矗愧。
• highp：高精度灶芝。16位。

具體如下表：

不僅僅是float可以制定精度唉韭，其他（除了bool相關(guān)）類型也同樣可以夜涕，但是int、采樣器類型并不一定要求指定精度属愤。加精度的定義如下：

uniform lowp float a=1.0;
varying mediump vec4 c;

當(dāng)然女器，也可以在片元著色器中設(shè)置默認(rèn)精度，只需要在片元著色器最上面加上precision <精度> <類型>即可制定某種類型的默認(rèn)精度住诸。其他情況相同的話晓避，精度越高，畫質(zhì)越好只壳，使用的資源也越多。

程序結(jié)構(gòu)

前面幾篇博客都有使用到著色器暑塑，我們對(duì)著色器的程序結(jié)構(gòu)也應(yīng)該有一定的了解吼句。也許一直沉浸在Android應(yīng)用開(kāi)發(fā)，沒(méi)有了解C開(kāi)發(fā)的朋友事格，對(duì)這種結(jié)構(gòu)并不熟悉惕艳。GLSL程序的結(jié)構(gòu)和C語(yǔ)言差不多，main()方法表示入口函數(shù)驹愚，可以在其上定義函數(shù)和變量远搪，在main中可以引用這些變量和函數(shù)。定義在函數(shù)體以外的叫做全局變量逢捺，定義在函數(shù)體內(nèi)的叫做局部變量谁鳍。與高級(jí)語(yǔ)言不通的是，變量和函數(shù)在使用前必須聲明，不能再使用的后面聲明變量或者函數(shù)倘潜。

內(nèi)建變量

在著色器中我們一般都會(huì)聲明變量來(lái)在程序中使用绷柒，但是著色器中還有一些特殊的變量，不聲明也可以使用涮因。這些變量叫做內(nèi)建變量废睦。內(nèi)建變量，相當(dāng)于著色器硬件的輸入和輸出點(diǎn)养泡，使用者利用這些輸入點(diǎn)輸入之后嗜湃，就會(huì)看到屏幕上的輸出。通過(guò)輸出點(diǎn)可以知道輸出的某些數(shù)據(jù)內(nèi)容澜掩。當(dāng)然购披，實(shí)際上肯定不會(huì)這樣簡(jiǎn)單，這么說(shuō)只是為了幫助理解输硝。在頂點(diǎn)著色器中的內(nèi)建變量和片元著色器的內(nèi)建變量是不相同的今瀑。著色器中的內(nèi)建變量有很多，在此点把，我們只列出最常用的集中內(nèi)建變量橘荠。
頂點(diǎn)著色器的內(nèi)建變量

輸入變量：
    gl_Position：頂點(diǎn)坐標(biāo)
    gl_PointSize：點(diǎn)的大小，沒(méi)有賦值則為默認(rèn)值1郎逃，通常設(shè)置繪圖為點(diǎn)繪制才有意義哥童。

片元著色器的內(nèi)建變量

1. 輸入變量
    gl_FragCoord：當(dāng)前片元相對(duì)窗口位置所處的坐標(biāo)。
    gl_FragFacing：bool型褒翰，表示是否為屬于光柵化生成此片元的對(duì)應(yīng)圖元的正面贮懈。

2. 輸出變量
    gl_FragColor：當(dāng)前片元顏色
    gl_FragData：vec4類型的數(shù)組。向其寫入的信息优训，供渲染管線的后繼過(guò)程使用朵你。

常用內(nèi)置函數(shù)

常見(jiàn)函數(shù)

    radians(x)：角度轉(zhuǎn)弧度
    degrees(x)：弧度轉(zhuǎn)角度
    sin(x)：正弦函數(shù)，傳入值為弧度揣非。相同的還有cos余弦函數(shù)抡医、tan正切函數(shù)、asin反正弦早敬、acos反余弦忌傻、atan反正切
    pow(x,y)：xy
    exp(x)：ex
    exp2(x)：2x
    log(x)：logex
    log2(x)：log2x
    sqrt(x)：x√
    inversesqr(x)：1x√
    abs(x)：取x的絕對(duì)值
    sign(x)：x>0返回1.0，x<0返回-1.0搞监，否則返回0.0
    ceil(x)：返回大于或者等于x的整數(shù)
    floor(x)：返回小于或者等于x的整數(shù)
    fract(x)：返回x-floor(x)的值
    mod(x,y)：取模（求余）
    min(x,y)：獲取xy中小的那個(gè)
    max(x,y)：獲取xy中大的那個(gè)
    mix(x,y,a)：返回x?(1?a)+y?a
    step(x,a)：x< a返回0.0水孩，否則返回1.0
    smoothstep(x,y,a)：a < x返回0.0，a>y返回1.0琐驴，否則返回0.0-1.0之間平滑的Hermite插值俘种。
    dFdx(p)：p在x方向上的偏導(dǎo)數(shù)
    dFdy(p)：p在y方向上的偏導(dǎo)數(shù)
    fwidth(p)：p在x和y方向上的偏導(dǎo)數(shù)的絕對(duì)值之和

幾何函數(shù)

    length(x)：計(jì)算向量x的長(zhǎng)度
    distance(x,y)：返回向量xy之間的距離
    dot(x,y)：返回向量xy的點(diǎn)積
    cross(x,y)：返回向量xy的差積
    normalize(x)：返回與x向量方向相同秤标，長(zhǎng)度為1的向量

矩陣函數(shù)

    matrixCompMult(x,y)：將矩陣相乘
    lessThan(x,y)：返回向量xy的各個(gè)分量執(zhí)行x< y的結(jié)果，類似的有g(shù)reaterThan,equal,notEqual
    lessThanEqual(x,y)：返回向量xy的各個(gè)分量執(zhí)行x<= y的結(jié)果安疗，類似的有類似的有g(shù)reaterThanEqual
    any(bvec x)：x有一個(gè)元素為true抛杨，則為true
    all(bvec x)：x所有元素為true，則返回true荐类，否則返回false
    not(bvec x)：x所有分量執(zhí)行邏輯非運(yùn)算

紋理采樣函數(shù)

紋理采樣函數(shù)有texture2D怖现、texture2DProj、texture2DLod玉罐、texture2DProjLod屈嗤、textureCube、textureCubeLod及texture3D吊输、texture3DProj饶号、texture3DLod、texture3DProjLod等季蚂。

    texture表示紋理采樣茫船，2D表示對(duì)2D紋理采樣，3D表示對(duì)3D紋理采樣
    Lod后綴扭屁，只適用于頂點(diǎn)著色器采樣
    Proj表示紋理坐標(biāo)st會(huì)除以q

紋理采樣函數(shù)中算谈，3D在OpenGLES2.0并不是絕對(duì)支持。我們?cè)俅螘簳r(shí)不管3D紋理采樣函數(shù)料滥。重點(diǎn)只對(duì)texture2D函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明然眼。texture2D擁有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)表示紋理采樣器葵腹。第二個(gè)參數(shù)表示紋理坐標(biāo)高每，可以是二維、三維践宴、或者四維鲸匿。第三個(gè)參數(shù)加入后只能在片元著色器中調(diào)用，且只對(duì)采樣器為mipmap類型紋理時(shí)有效阻肩。

小結(jié)

到這里晒骇，關(guān)于著色器語(yǔ)言GLSL就大致介紹完了，相對(duì)Java來(lái)說(shuō)磺浙，GLSL語(yǔ)言不知簡(jiǎn)單了多少倍。結(jié)合之前博客的案例徒坡，相信我們也能夠?qū)懸恍┖?jiǎn)單的著色器了撕氧。在后續(xù)的博客中，我們將會(huì)學(xué)習(xí)紋理喇完、光照伦泥、混合與霧、圖像處理等內(nèi)容，將會(huì)頻繁的用到著色器語(yǔ)言不脯，在使用的過(guò)程中府怯，我們才能更好的掌握GLSL。