LearnOpenGL学习笔记（二）——着色器简单理解

2023-08-25 14:54:28

着色器在OpenGL中发挥着重要作用，它就像一个画笔，将输入的数据流，转为数学坐标，再将三维坐标变成二维坐标（针对我们现在用的二维显示器，全息显示器肯是三维的），再把二维坐标实际的像素点位置（这里面肯定存在的粗略的误差，比如（3.423，234.232）肯定在实际像素中不存在，要转换成邻近的），然后再往里面填充色彩，透明度之类的参数。准确来说其实就是两步工作1.确定位置2.填充色彩。处于输入输出与处理接口分开的原则，我们不考虑输入的数据具体是什么，这里只讨论如何去处理数据。

这里先上一张图，着色器程序分为六个小着色器部分，每个负责一部分

       这里先解释一个专业术语“图形渲染管线”，这个就是上图显示的，像生产线一样的一条“管道”，进去数据流，出来一个像素画面。

       当然咱们只可以编写三个着色器阶段，其中顶点着色器和片段着色器没有默认的，所以我们一开始只需要编写这两个简单的就可以了。

       注意着色器严格来讲不是用c语言去编写的，而是一种GLSL的类c语言，它是c语言的变种，我们常把写好的着色器程序作为一个字符串，再运行的时候用一个函数（c语言编译器肯定没法编译glsl，需要一个函数进行转换）动态编译，然后将机器码放在GPU显存上运行。

接下来我们讨论如何去写着色器：

一个典型的着色器有下面的结构：
#version version_number//版本声明。一般版本必须和opengl一致，此外还有模式声明

in type in_variable_name;//输入变量类型声明

in type in_variable_name;

out type out_variable_name;//输出变量类型声明

uniform type uniform_name;

int main(){

  // 处理输入并进行一些图形操作

  ...

  // 输出处理过的结果到输出变量

  out_variable_name = weird_stuff_we_processed;

}
看得出着色器语言的程序，关键在于1.得到上一阶段的数据2，将数据处理3，把数据交给下一阶段

对于实现第一步和第三步，GLSL语言都有方便手段，就是IN,OUT关键字。只要在main函数前面声明的out 都将自动传递给接下来的着色器

同样着色器必须接受相同的in  同名变量数据输入。

也就是说，如果在顶点着色器声明了一个out  vec3 aaa变量，那么接下来在片段着色器声明一个in vec aaa变量，那么自动这两个变量都会链接在一

起，数据自动传递过来。

//注意在着色器程序中，六个着色器都是独立的，in out是它们的通讯手段，它们本身是六个独立的小程序，变量都是独立的，传递是一种赋值

手段。

Uniform: 在程序中，我们想要实现动画，也就是说每次渲染都有变化，这种变化是连续的，那么我们就需要程序CPU和着色器（渲染），相互配合，在每次渲染中都改变，也就是我们需要一种可以在着色器程序和CPU程序相互交流的工具。所以我们需要一种独立于六个小程序，处于着色器程序的全局变量用来交流，否则我们无法告知CPU的程序如何去联系位于哪个小着色器上的变量（别忘了，我们在构建好着色器程序后，就删除了六个小程序编译的码）。

      uniform变量必须在每个着色器程序对象中都是独一无二的，而且它可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问。第二，无论你

把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新。我们可以在任何着色器中定义它们，而无需通过顶点着

色器作为中介。
#version 330 core 
out vec4 FragColor; 
uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代码中设定这个变量 
void main() { 
FragColor = ourColor; 
}

接下来我们跳出来，在CPU上改变我们的数据，然后再传入着色器里好了。
int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");

这个函数得到了着色器这个变量的索引，我们用它就可以修改着色器上的uniform了。
glUseProgram(shaderProgram); //先启动这个着色器
glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);
//glUniform函数就是用来修改的，4f是因为c语言不存在重载，所以我们只能命名n个类似函数名函数了

我们加入一些随时间改变的量，在每次渲染时都改变一点颜色（一秒钟五十次），就可以看到这样动画了。
float timeValue = glfwGetTime(); 
float greenValue = sin(timeValue) / 2.0f + 0.5f; 
int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor"); 
glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

uniform对于设置一个在渲染迭代中会改变的属性是一个非常有用的工具，它也是一个在程序和着色器间数据交互的很好工具

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