第三章 opengl之着色器

着色器

着色器是运行在GPU上的小程序。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。

GLSL

GLSL是一种类C语言写的，用作于着色器。为图形计算量身定制，包含一些对向量和矩阵操作的有用特性。
着色器开头要 声明版本，声明输入和输出变量，下来是uniform和main函数。每个着色器的入口点都是main函数，在main函数中处理所有的输入变量，并将结果输出到输出变量中。典型着色器结构如下：

#version version_number
in type in_variable_name;
in type in_variable_name;

out type out_variable_name;

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;
}

这个结构用到顶点着色器，每个输入变量也叫顶点属性。能声明的顶点属性是有上限的，通常由硬件决定，OpenGL确保至少有16个包含4分量的顶点属性可用，但是有些硬件或许允许更多的顶点属性，你可以查询GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS来获取具体的上限：

int nrAttributes;
glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &nrAttributes);
std::cout << "Maximum nr of vertex attributes supported: " << nrAttributes << std::endl;

GLSL的数据类型

GLSL有数据类型可以来指定变量的种类。GLSL中包含C等其它语言大部分的默认基础数据类型：int、float、double、uint和bool。GLSL也有两种容器类型，它们会在这个教程中使用很多，分别是向量(Vector)和矩阵(Matrix)

向量

GLSL中的向量是一个可以包含有2、3或者4个分量的容器，分量的类型可以是前面默认基础类型的任意一个。它们可以是下面的形式（n代表分量的数量）：
vecn 包含n个float分量的默认向量
bvecn 包含n个bool分量的向量
ivecn 包含n个int分量的向量
uvecn 包含n个unsigned int分量的向量
dvecn 包含n个double分量的向量
一个向量的分量可以通过vec.x这种方式获取，这里x是指这个向量的第一个分量。可以分别使用.x、.y、.z和.w来获取它们的第1、2、3、4个分量。GLSL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。
向量这个数据类型允许灵活的分量选择方式，叫做重组：

vec2 someVec;
vec4 differentVec = someVec.xyxx;
vec3 anotherVec = differentVec.zyw;
vec4 otherVec = someVec.xxxx + anotherVec.yxzy;

可以使用上面4个字母任意组合来创建一个和原来向量一样长的（同类型）新向量，只要原来向量有那些分量即可；但不允许在一个vec2向量中去获取.z元素
可以把一个向量作为一个参数传给不同的向量构造函数，以减少需求参数的数量，举例如下：

vec2 vect = vec2(0.5, 0.7);
vec4 result = vec4(vect, 0.0, 0.0);
vec4 otherResult = vec4(result.xyz, 1.0);

输入与输出

着色器是各自独立的小程序，但是都是一个整体的一部分。GLSL定义了 in 和 out 关键字专门实现着色器的输入和输出。只要一个输出变量与下一个着色器阶段的输入匹配，就会传递下去。这个再顶点着色器和片段着色器中有不同点：
顶点着色器接手的是一种特殊形式的输入，是从顶点数据中直接接收输入。使用location 这个元数据指定输入变量，这样才可以再CPU上配置顶点属性。 顶点着色器需要为它的输入额外提供一个layout标识：layout (location = 0)，这样才可以链接到顶点数据
补充：
也可以忽略layout标识，直接通过glGetAttribLocation 查询属性位置值，也就是Location。但是再着色器中设置的话，可以容易理解并节省工作量。

片段着色器，需要一个vec4 颜色输出变量，因为片段着色器需要生成一个最终输出的颜色。如果再片段着色器中没有定义输出颜色，那么OpenGL会把物体渲染为黑或白色。

当类型和名字都一样的时候，OpenGL就会把两个变量链接到一起，它们之间就能发送数据了（这是在链接程序对象时完成的）。让顶点着色器为片段着色器决定颜色。举例如下：

//顶点着色器
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为0

out vec4 vertexColor; // 为片段着色器指定一个颜色输出

void main()
{
   
    gl_Position = vec4(aPos, 1.0); // 注意我们如何把一个vec3作为vec4的构造器的参数
    vertexColor = vec4(0.5, 0.0, 0.0, 1.0); // 把输出变量设置为暗红色
}
//片段着色器
#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec4 vertexColor; // 从顶点着色器传来的输入变量（名称相同、类型相同）

void main()
{
   
    FragColor = vertexColor;
}
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