GLSL - OpenGL Shading Language也稱(chēng)作GLslang,是一個(gè)以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)的高階著色語(yǔ)言。為開(kāi)發(fā)者提供對(duì)繪圖管線(xiàn)更多的直接控制牧牢，而無(wú)需使用匯編語(yǔ)言或硬件規(guī)格語(yǔ)言若贮。
GLSL類(lèi)型
OpenGL著色器語(yǔ)言規(guī)格定義了 22 個(gè)基本變量類(lèi)型，大部分用法與C語(yǔ)言相同，其它的是繪圖處理器特有的合武。
- void – 用于沒(méi)有返回值的函數(shù)
- bool – 條件類(lèi)型，其值可以是真或假
- int – 有符號(hào)的整數(shù)
- float – 浮點(diǎn)數(shù)
- vec2 – 2 個(gè)浮點(diǎn)數(shù)組成的向量
- vec3 – 3 個(gè)浮點(diǎn)數(shù)組成的向量
- vec4 – 4 個(gè)浮點(diǎn)數(shù)組成的向量
- bvec2 – 2個(gè)布爾類(lèi)型數(shù)組成的向量
- bvec3 – 3個(gè)布爾類(lèi)型數(shù)組成的向量
- bvec4 – 4個(gè)布爾類(lèi)型數(shù)組成的向量
- ivec2 – 2個(gè)整數(shù)組成的向量
- ivec3 – 3 個(gè)整數(shù)組成的向量
- ivec4 – 4 個(gè)整數(shù)組成的向量
- mat2 – 浮點(diǎn)數(shù)的2x2矩陣
- mat3 – 浮點(diǎn)數(shù)的3x3矩陣
- mat4 – 浮點(diǎn)數(shù)的4x4矩陣
- sampler1D – 用來(lái)存取一維紋理的采樣器
- sampler2D – 用來(lái)存取二維紋理的采樣器
- sampler3D – 用來(lái)存取三維紋理的采樣器
- samplerCube – 用來(lái)存取立方映射紋理的采樣器
- sampler1Dshadow – 用來(lái)存取一維深度紋理的采樣器
- sampler2Dshadow – 用來(lái)存取二維深度紋理的采樣器
從上面的類(lèi)型可以看出涡扼，GLSL著色器語(yǔ)言是由標(biāo)量稼跳、向量、矩陣吃沪、采樣器等基本數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)元素類(lèi)型組成的汤善。這也是數(shù)學(xué)描素圖像學(xué)的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型。當(dāng)然和C語(yǔ)言一樣票彪，GLSL語(yǔ)言也有能力用基本數(shù)據(jù)類(lèi)型構(gòu)成復(fù)雜的數(shù)據(jù)红淡。例如：支持結(jié)構(gòu)和數(shù)組。
注意：GLSL語(yǔ)言不支持雙精度浮點(diǎn)型降铸、字節(jié)類(lèi)型在旱、短整型、長(zhǎng)整型推掸。并且沒(méi)有聯(lián)合體桶蝎、枚舉類(lèi)型驻仅、無(wú)符號(hào)整型以及位運(yùn)算等特性。
數(shù)據(jù)類(lèi)型的使用
GLSL語(yǔ)言數(shù)據(jù)類(lèi)型的使用和C語(yǔ)言類(lèi)似登渣，都先聲明再使用噪服，有使用域，變量初始化也符合C語(yǔ)言語(yǔ)法胜茧。下面說(shuō)一下C語(yǔ)言沒(méi)有的類(lèi)型初始化和引用示例：
vec4 va = vec4(1.0,2.0,3.0,4.0);
vec3 vb = va.rgb; // 顏色相關(guān) argb
vec3 vc = va.xyz; // 坐標(biāo)相關(guān) xyzw
vec4 vd = va.stuv // 紋理相關(guān) stuv
vec4 vf = va.aagg // 可以組合粘优，但只能同類(lèi)型組合
mat3 ma = mat3(1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0);
mat3 mb = mat3(1.0) // 1.0,0.0,0.0,0.0,1.0,0.0,0.0,0.0,1.0;
特殊的內(nèi)建變量
著色器代碼的開(kāi)發(fā)中會(huì)使用到很多變量，其中大部分可能是由開(kāi)發(fā)人員根據(jù)需求自定義的竹揍，但著色器也提供了一些用來(lái)滿(mǎn)足特定需求的內(nèi)建變量敬飒，這些內(nèi)建變量不需要聲明即可使用，一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)渲染管線(xiàn)固定功能部分與自定義頂點(diǎn)或片元著色器之間的信息交互芬位。
內(nèi)建變量根據(jù)信息傳遞的方向可以分為兩類(lèi)：輸入與輸出變量无拗。輸入變量負(fù)責(zé)將渲染管線(xiàn)中固定功能部分產(chǎn)生的信息傳遞進(jìn)著色器，輸出變量負(fù)責(zé)將著色器產(chǎn)生的信息傳遞給渲染管線(xiàn)中固定功能部分昧碉。
內(nèi)建輸入變量
gl_Position
gl_PointSize
gl_FragCoord
gl_FrontFacing
內(nèi)建輸出變量
gl_FragColor
gl_FragData
限定符
和其它編程語(yǔ)言一樣英染，著色器中對(duì)變量也有很多可選的限定符，這些限定符中大部分只能用來(lái)修飾全局變量
| 限定符 | 說(shuō)明 |
|---|---|
| attribute | 一般用于每個(gè)頂點(diǎn)各不相同的量被饿，如頂點(diǎn)位置四康、顏色等 |
| uniform | 一般用于對(duì)同一組頂點(diǎn)組成的單個(gè)3D物體中所有頂點(diǎn)都相同的量，如當(dāng)前的光源位置 |
| varying | 一般用于頂點(diǎn)著色器傳遞給片元著色器的量 |
| const | 用于聲明常量 |
uniform mat4 uMVPMatrix;
attribute vec3 aPosition;
varying vec4 vColor;
const int lightsCount = 4;
限定符在使用時(shí)應(yīng)該放在變量類(lèi)型之前狭握，且使用attribute闪金、uniform以及varying限定符修飾的變量必須為全局變量。同時(shí)要注意论颅，著色器語(yǔ)言中沒(méi)有默認(rèn)限定符的概念哎垦，因此如果有需要，必須為全局變量明確指定需要的限定符恃疯。
attribute變量
attribute變量用來(lái)接收渲染管線(xiàn)傳遞進(jìn)頂點(diǎn)著色器的待處理頂點(diǎn)的各種屬性漏设，用于描述頂點(diǎn)的各項(xiàng)特征，如頂點(diǎn)坐標(biāo)今妄、法向量郑口、顏色、紋理坐標(biāo)等盾鳞。
用attribute限定符修飾的變量其值是由宿主程序 (可以是C犬性、java)批量傳入渲染管線(xiàn)的，渲染管線(xiàn)進(jìn)行基本處理后再傳給頂點(diǎn)著色器腾仅。數(shù)據(jù)中有多少頂點(diǎn)乒裆，管線(xiàn)就調(diào)用多少次頂點(diǎn)著色器，每次將頂點(diǎn)的各種屬性數(shù)據(jù)傳遞給頂點(diǎn)著色器中對(duì)應(yīng)的attribute變量攒砖。
attribute限定符只能用于頂點(diǎn)著色器缸兔，不能在片元著色器中使用日裙，且attribute限定符只能用來(lái)修飾浮點(diǎn)數(shù)標(biāo)量、浮點(diǎn)數(shù)向量及矩陣變量惰蜜，也就是說(shuō)它只能用來(lái)修飾浮點(diǎn)數(shù)昂拂。
attribute限定符修飾的變量其值是由宿主程序批量傳入渲染管線(xiàn)中的，相關(guān)代碼如下：
int positionHandle;
positionHandle = GLES20.glGetAttributeLocation(mProgram,"aPosition");
GLE20.glVertextAttributePointer(
positionHandle,
3,
GLES20.GL_FLOAT,
false,
3*4,
mVertexBuffer
);
uniform限定符
uniform為一致變量限定符抛猖，一致變量指的是對(duì)同一組頂點(diǎn)組成的單個(gè)3D物體中所有頂點(diǎn)都相同的量格侯。uniform可以用在頂點(diǎn)著色器或片元著色器中，其支持用來(lái)修飾所有的基本數(shù)據(jù)類(lèi)型财著。與屬性變量類(lèi)似联四，也是宿主程序傳入的。
uniform mat4 uMVPMatrix;
uniform vec3 uLightLocation;
uniform vec3 uCameraPosition;
int mvpMatrixHandle = GLES20.glGetUniformLocation(mProgram,"uMVPMatrix");
GLES20.glUniformMatrix4fv(mvpMatrixHandle,1,false,mMatrix,0);
一致變量類(lèi)型的不同將值傳入渲染管線(xiàn)的方法也有所不同撑教，這些方法的名稱(chēng)都以glUniform開(kāi)頭朝墩，然后變量數(shù)據(jù)支持的數(shù)據(jù)和類(lèi)型。
varying變量
想要將頂點(diǎn)著色器的信息傳入到片元著色器中伟姐，就必須使用varying限定符收苏。易變變量是頂點(diǎn)著色器和片元著色器之間的動(dòng)態(tài)接口。
// vertex shader
uniform mat4 uMVPMatrix;
attribute vec aPosition;
attribute vec4 aColor;
varying vec4 vColor;
main() {
gl_Position = uMVPMatrix * vec4(aPosition,1);
vColor = aColor
}
// fragment shader
precision mediump float;
varying vec4 vColor;
void main() {
gl_FragColor = vColor;
}
上面GLSL代碼中愤兵，頂點(diǎn)著色器的易變變量vColor,和片元著色器的易變變量vColor,就是頂點(diǎn)著色器和片元著色器之間的動(dòng)態(tài)接口鹿霸。
頂點(diǎn)著色器的vColor是每個(gè)頂點(diǎn)的顏色，但片元著色器的vColor并不是某個(gè)頂點(diǎn)賦的特定值秆乳。片元是通過(guò)插值得到的懦鼠，片元數(shù)量遠(yuǎn)大于頂點(diǎn)，不是一個(gè)數(shù)量級(jí)屹堰。也就是說(shuō)肛冶，對(duì)頂點(diǎn)賦予的顏色值，會(huì)插成很多值双藕，并不是一一對(duì)應(yīng)的淑趾。這也易變變量本質(zhì)所在阳仔。
一般情況下對(duì)一個(gè)3D物體進(jìn)行渲染忧陪，片元著色器執(zhí)行次數(shù)會(huì)大大超過(guò)頂點(diǎn)著色器，因此片元著色器硬件單元數(shù)量會(huì)多于頂點(diǎn)著色器的近范，通過(guò)并行處理嘶摊，提高渲染速度。我們開(kāi)發(fā)程序也要注意评矩，能在頂點(diǎn)著色器處理的效果算法叶堆，盡管不要在片元著色器中處理。
const限定符
用const修飾的變量是不可變的斥杜，和c語(yǔ)言中的const類(lèi)似虱颗。只不過(guò)這些常量在著色器外部是不可見(jiàn)的沥匈。
算法
程序就是數(shù)據(jù)加算法。上面介紹了GLSL支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型忘渔，就可以構(gòu)造數(shù)據(jù)了高帖。算法就是對(duì)數(shù)據(jù)的操作，是符合C語(yǔ)言的畦粮。運(yùn)算符散址、控制流程、函數(shù)等都和C語(yǔ)言類(lèi)似宣赔。只不過(guò)為了運(yùn)算的高效预麸，給開(kāi)發(fā)者提供高效的內(nèi)置函數(shù)。
內(nèi)置函數(shù)
內(nèi)置函數(shù)通常是以最優(yōu)的方式實(shí)現(xiàn)的儒将，有部分函數(shù)甚至是由硬件直接支持吏祸，這大大地提高了執(zhí)行效率。大部分內(nèi)置函數(shù)同時(shí)適用于頂點(diǎn)著色器與片元著色器钩蚊，但是也有部分內(nèi)置函數(shù)只適用于頂點(diǎn)著色器或者片元著色器犁罩。
內(nèi)置函數(shù)按照設(shè)計(jì)目的可以分為三個(gè)類(lèi)型：
提供獨(dú)特的硬件功能訪(fǎng)問(wèn)接口，如紋理采樣系列函數(shù)两疚，這些函數(shù)用戶(hù)是無(wú)法自己開(kāi)發(fā)的床估。著色器語(yǔ)言通過(guò)提供特定內(nèi)置函數(shù)對(duì)這些硬件功能進(jìn)行封裝，建立了用戶(hù)調(diào)用這些硬件功能的接口诱渤。
簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)函數(shù)丐巫，如abs、floor等勺美。這些數(shù)學(xué)函數(shù)本身非常簡(jiǎn)單递胧，開(kāi)發(fā)人員也可以自己開(kāi)發(fā)，但可能由于對(duì)底層硬件不了解赡茸，采用的實(shí)現(xiàn)方式很低效缎脾。而內(nèi)置函數(shù)是廠(chǎng)商根據(jù)硬件的特點(diǎn)用最高效的方式實(shí)現(xiàn)的，調(diào)用內(nèi)置函數(shù)來(lái)完成這些簡(jiǎn)單的操作不但可以提高開(kāi)發(fā)效率還可以提高執(zhí)行效率占卧。
一些復(fù)雜的函數(shù)遗菠，如三角函數(shù)等，用戶(hù)可以自己編寫(xiě)华蜒，但是編寫(xiě)過(guò)程特別煩瑣辙纬，要用到很多高等數(shù)學(xué)的知識(shí)。不但開(kāi)發(fā)煩瑣叭喜，可以想像效率也會(huì)低下贺拣。而當(dāng)下的主流硬件往往都有進(jìn)行這些計(jì)算的指令，因此對(duì)這些操作也提供了高效的內(nèi)置函數(shù)。
具體內(nèi)置函數(shù) https://cloud.tencent.com/developer/article/1148928
編譯和執(zhí)行
GLSL也是編譯執(zhí)行性語(yǔ)言譬涡，只不過(guò)編譯是動(dòng)態(tài)的闪幽，并且不是獨(dú)立的應(yīng)用，需要使用OpenGL API的宿主程序涡匀。
工具
GLSL著色器可以事先建立和測(cè)試沟使，現(xiàn)有以下GLSL開(kāi)發(fā)工具：
RenderMonkey 是由ATI制作的，提供界面用以建立渊跋、編譯和調(diào)試GLSL著色器腊嗡，和DirectX著色器一樣，僅能在Windows平臺(tái)上執(zhí)行拾酝。
GLSLEditorSample
Lumina
