《The Complete Effect and HLSL Guide》翻译连载（六）

The Complete Effect and HLSL Guide（六） 

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翻译：clayman
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第二章 HLSL着色语言

 

       这一章我们将学习HLSL的大部分基本内容，包括丰富的变量类型，如何定义变量，和如何编写shader代码。你可能还想知道如何在shader中使用函数。虽然它们是使用HLSL编写shader的必须元素，但我还是决定把所有关于函数的内容作为单独一章来讲解。在第三章中，我们将详细讲解如何定义函数，以及HLSL为开发者所编写的内置函数。

 

       在继续学习之前，需要进行一点点说明，读者在前一章学习HLSL语法时可能注意到了诸如techniques，渲染状态，pass之类的概念。虽然它们也是HLSL语言的一部分，但事实上它们只在effect文件中使用，而effect 文件则是HLSL的一个超集。

 

       好了，闲谈到此为止，让我们直接进入本章主题，讨论在任何语言中都是最重要的元素，数据类型。

 

数据类型

 

       数据类型是任何一门编程语言的核心。没有它们你将无法定义变量或者在函数之间传递数据。如果连呈现数据的方法都没有，又怎么能储存数据呢？和其他高级语言一样，HLSL有一系列内置定义类型，可以把它们分为以下几类：

 

l         标量类型

l         矢量类型

l         矩阵类型

l         对象类型

 

       除了上面的内置类型外，HLSL同样允许自定义的复合类型，比如数组和结构。在介绍HLSL特定数据类型前，先来仔细看看大部分3D硬件上呈现数据的方式。当处理数据时，基本的选项是浮点值，根据硬件构架的不同，这些值可能为16或32位。记住，虽然可以让硬件同一时间只处理一个值，但这并不是最高效的方法。相反，如果硬件每次处理一个包含四个分量值的单元（或矢量），那么则可以同时对四个分量进行处理。当然，这就需要考虑硬件如何来保存非矢量的值。我稍后会讲解这一点。

 

       除了浮点值以外，较新的硬件也内置支持整型和布尔值，但它们主要用于分支，循环，和条件测试语句。接下来的几页中，我将浏览每一种数据类型，并解释如何来使用它们。

 

标量类型

 

       标量类型是由HLSL标准定义的，他们是最基本的类型。所有复杂类型，比如矢量，矩阵，和结构都由标量组成。表2-1列出了所有可用的标量类型以及它们所表示的值。

 

表 2 -1 HLSL标量类型

标量类型            值

bool                              true或false

int                                 32位有符号的整型

half                               16位浮点数

float                              32位浮点数

double                           64位浮点数

      

       需要注意并不是所有shader目标都天生支持整型，half和double值。如果要将shader编译为不支持指定类型数据的目标，那么将模拟处理float值的方式来处理它们。与使用原生（native）类型相比，结果可能不正确。在确定目标平台支持某个特定类型之前，为了保证一致性和可移植性，最好坚持使用标准浮点数。

 

注意

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我们在上一章已经简要讨论过profile，它用来告诉HLSL编译器为哪种构架的shader产生代码。通常Profile的值直接对应于可用的顶点和像素着色器版本，但对于指令集没有改变的情况可能会有例外。

 

矢量和矩阵类型

 

       矢量和矩阵是把标量组织为1维或2为数组的标准方式。它们通常用来表示3D数据，比如法线和变换矩阵。

 

       矢量是HLSL标准所定义的，由特定标量类型组成的一维数组。默认情况下，一个矢量由4个浮点值组成。如表2-2所示，可以手动定义任何类型的矢量。

 

表 2 -2 HLSL矢量类型

矢量类型            值

vector                           一个包含四个浮点分量的矢量

vector<type, size>          包含size个type类型的矢量

 

       另外，为了简便，HLSL语言预定义了一组标准矢量类型，方便开发者使用。下面就是这些预定义的矢量类型

 

typedef vector <float, 4> VECTOR;

typedef vector <bool, #> bool# ;

typedef vector <int, #>  int# ;

typedef vector <half, #> half# ;

typedef vector <float, #> float# ;

typedef vector <double, #> double# ;

（译注：“#”表示分量个数。）

 

       你可能还记得我之前提到过图形硬件是基于矢量的。你看，这里所定义的矢量数据类型恰好与硬件相对应，编译器将把这些数据直接映射为矢量。当你使用少于四个分量的矢量时，编译器将在空闲分量中添加其他变量，以便压缩数据。

 

       简要讨论了矢量之后，你可能想知道如何才能单独访问矢量中的某个分量。有许多方式允许我们单独访问矢量中的分量。下面列出了访问数组分量的几种不同方式。注意对多于四个分量的数组来说，额外的分量只能通过索引访问。

 

l         使用分量符访问：vector.x , vector.y , vector.z , vector.w

l         使用颜色符访问：vector.r , vector.g , vector.b , vector.a

l         使用索引访问：vector[0], vector[1], vector[2], vector[3]

 

       接下来看看矩阵类型。矩阵是HLSL标准所定义的，由特定标量类型组成的二维数组。默认情况下

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