【Q&A】为什么gl_Posision必须被赋值？

在 OpenGL 着色器编程里，gl_Position 是一个非常关键的变量。下面会详细解释它是什么，以及为什么必须为其赋值。

什么是 gl_Position

gl_Position 是 OpenGL 着色器语言（GLSL）里的一个内置变量，其类型为 vec4。它代表的是顶点在裁剪空间（Clip Space）里的位置。裁剪空间是 OpenGL 渲染管线里一个至关重要的阶段，在这个阶段中，会对顶点进行裁剪操作，以此确定哪些顶点处于视锥体（也就是观察空间里可见的区域）内部，哪些处于外部。

裁剪空间采用的是齐次坐标系统，这意味着 gl_Position 是一个四维向量 (x, y, z, w)。其中：

• x、y、z 分别表示顶点在裁剪空间中的三个坐标轴上的坐标。
• w 分量用于透视除法。在裁剪操作之后，OpenGL 会进行透视除法，把 (x, y, z, w) 转换为规范化设备坐标（NDC，Normalized Device Coordinates），也就是 (x/w, y/w, z/w)。

为什么必须为 gl_Position 赋值

gl_Position 必须被赋值，主要是因为它是 OpenGL 渲染管线后续阶段的关键输入，以下是详细原因：

1. 图元装配阶段的需求

在顶点着色器处理完每个顶点之后，OpenGL 会进入图元装配阶段。这个阶段的任务是把顶点着色器输出的单个顶点按照指定的图元类型（例如点、线、三角形）组合成完整的图元。而 gl_Position 存储着顶点在裁剪空间的位置信息，图元装配阶段依靠这些信息才能正确地将顶点组合成对应的图元。如果 gl_Position 没有被赋值，图元装配阶段就无法确定顶点的位置，从而无法正确组合图元。

2. 裁剪阶段的需求

裁剪阶段会检查每个图元的顶点是否处于视锥体内部。gl_Position 中的坐标会被用于判断顶点是否在视锥体的边界内。如果顶点超出了视锥体的范围，裁剪操作会对图元进行处理，可能会将部分或整个图元裁剪掉，只保留处于视锥体内部的部分。若 gl_Position 未被赋值，裁剪阶段就无法进行有效的裁剪判断，可能会导致渲染出视锥体外部的物体，影响最终的渲染效果。

3. 透视除法和视口变换的需求

透视除法会把裁剪空间的坐标 (x, y, z, w) 转换为规范化设备坐标（NDC），视口变换则会把规范化设备坐标转换为屏幕空间坐标，也就是将 [-1, 1] 区间内的坐标映射到实际的屏幕像素位置。gl_Position 提供了进行透视除法和视口变换所需的坐标信息。如果 gl_Position 没有被赋值，后续的透视除法和视口变换就无法进行，顶点也就无法正确地映射到屏幕上的像素位置，最终导致无法在屏幕上看到正确的渲染结果。

示例代码

以下是一个简单的顶点着色器示例，展示了如何为 gl_Position 赋值：

#version 330 core
// 输入顶点位置，三维向量
layout (location = 0) in vec3 aPos;

void main()
{
    // 将三维坐标转换为四维坐标，并赋值给 gl_Position
    gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);
}

在这个示例中，顶点着色器接收一个三维的顶点位置 aPos，然后将其转换为四维齐次坐标，并把这个坐标赋值给 gl_Position。这样，后续的 OpenGL 渲染阶段就能够使用这个值进行图元装配、裁剪、透视除法和视口变换等操作，最终将顶点正确地渲染到屏幕上。

综上所述，gl_Position 必须被赋值，因为它是 OpenGL 渲染管线后续阶段进行各种处理的基础，没有正确赋值的 gl_Position，整个渲染流程将无法正常工作。