glsl gl_FragCoord 与 屏幕关系

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原创  2016年02月26日 17:06:01

• 标签：
• OpenGL /
• GLSL /
• Shader

[plain]  view plain  

运行环境：Android

opengl es版本： 2.0

3D引擎库 ： Rajawali3D

ShaderToy上用的shader语言 为glsl ， 效果是用webgl跑的，而webgl封装了opengl es，  所以ShaderToy上的例子同样使用于Android端。

ShaderToy基本上 都是用fragment shader 对栅格化后的像素进行处理。  大部分会用到纹理来丰富最终渲染结果的形状和质地，有些也会用到声音，键盘等外部输入信息。    但是，最终都是归结为对栅格化区域内的每个像素进行处理，因此，我们首先来认识gl_FragCoord这个内置变量以及其与屏幕坐标的关系。

 gl_FragCoord根据glsl language spec的解释为：

   它是fragment shaders的输入变量，并持有该framgent的屏幕相对坐标(x, y, z, 1/w)

  什么是屏幕相对坐标，它的坐标范围是多少，这些都没有告诉我们。需要我们实验

     

  假设我们采用2d ortho projection的方式来渲染，输入的顶点信息为屏幕的4个顶点坐标，这样我们最终渲染出来的是一个 铺满屏幕的图。

 由于是2D渲染，最终每个fragment的 gl_FragCoord的z接近0.0， 而w 为1.0， 而它的x, y分量，是相对于屏幕左下角为原点的屏幕坐标。什么意思？

   假如，我们设定的viewport的渲染区域为(0, 0, 1280, 574) 这么大，那么，gl_Fragment的x分量 范围就在0~1280之间， y分量就在0~574之间。

  我们可以用一下测试用例来进行测试：

    vertex shader:

  

[plain]  view plain  copy

1. precision mediump float ;  
2.   
3.   uniform mat4 uMVPMatrix;  
4.   attribute vec4 aPosition;  
5.   
6.   void main(){  
7.       position = vec3 (uMVPMatrix*aPosition);  
8.       gl_Position = uMVPMatrix*aPosition;  
9.   }  

 

  fragment shader：

   

[plain]  view plain  copy

1. precision mediump float ;  
2.     
3.   uniform vec2 screenSize;  // step  1  
4.   
5.   void main()  
6.   {  
7.      vec2 uv = vec2(gl_FragCoord.xy/screenSize.xy);  // step 2  
8.   
9.     //Calculate polar coordinates  
10.      float r = length(uv);  
11.      float c = 0.0;  
12.   
13.     if(uv.x>0.98 &&uv.x<1.0 )                       // step 3  
14.     {  
15.        c = 1.0;  
16.     }  
17.   
18.      if(uv.y>0.98 &&uv.y<1.0 )                     // step 4  
19.      {  
20.        c = 1.0;  
21.      }  
22.   
23.      //Calculate the final color mixing lines and backgrounds.  
24.      vec3 bg = mix(vec3(0.93 , 0.71 ,  0.62 ),  vec3(0.9 , 0.44 , 0.44),   r);  // step 5  
25.      bg = mix(bg, vec3 (0.9 , 0.91 , 0.62 ), c);                                //  step 6  
26.   
27.      gl_FragColor = vec4(bg, 1.0);  
28. }  

运行后，效果图如下:

  

这里主要说下 fragment shader：

   step 1： 之前说到， gl_FragCoord的坐标范围， 这里screenSize 表示屏幕的宽高。

   step 2 :   将每个fragment的 每个gl_FragCoord归一化，这是一个惯例，利于后面计算

   step3: 和 step4:  这两个分别表示，当fragment的坐标(x, y) 的x和y分量分别落在这个范围时（即中间）c 的值会发生变化

   step5:  step5 和 step6都用到了glsl 的 mix内置函数，  考虑到 bg = mix(color1, color2, r)它的意思，就是将color1和color2 两种颜色，按照bg = color1*(1-r)+r*color2的方式混合，其中bg, color1, color2都是表示颜色，有三个分量。 那么，当r=0.0时，表示的是color1颜色，当r = 1.0表示的是color2颜色。 我们利用mix可以在一种背景上标记出另一种颜色。

 step3 和 step4 表示，当x, y 分别落在值范围的中间时，c的值从0.0变为1.0， 即在这个范围内，背景色变为我们设置的颜色。

当我们把step3 和 step4 改为：

      if  (uv.x> 0.09  &&uv.x< 0.11  )                       // step 3

    {
       c = 1.0;
    }

      if  (uv.y> 0.09  &&uv.y< 0.11  )                     // step 4
     {
       c = 1.0;
     }

效果图如下：

通过，以上的例子我们得出gl_FragCoord的正确表示方式。