[TOC]

GLSL

支持了很多c++和java的特性，有一些相似性

#version 330 core

void main()
{
    //TODO
}

注释

//
/**/

变量

支持for循环

for(int i =0; i < 10;i++){

}

基本数据类型

• float
• double
• int
• uint
• bool

声明必须初始化

double pi = 3.1415926LF;

类型转换

float f = 10.0;
int ten = (int)f;

• uint -> int
• float -> int\uint
• double -> float\int\uint

聚合类型

基本类型	2D向量	3D向量	4D向量	矩阵类型
float	vec2	vec3	vec4	mat2、mat3、mat4、mat2x2 、mat2x3、mat2x4、mat3x2、mat3x3、mat3x4、mat4x2、mat4x3、mat4x4
double	dvec2	dvec3	dvec4	dmat2、dmat3、dmat4、dmat2x2 、dmat2x3、dmat2x4、dmat3x2、dmat3x3、dmat3x4、dmat4x2、dmat4x3、dmat4x4
int	ivec2	ivec3	ivec4	-
uint	uvec2	uvec3	uvec4	-
bool	bvec2	bvec3	bvec4	-

vec3 v = vec3(1.0, 1.0, 1.0);

ivec3 step = ivec3(v);

vec4 color;
vec3 RGB = vec3(color);//只有前三个分量

vec3 white = vec3(1.0); //white = (1.0, 1.0,1.0)
vec4 translucent = vec4(white, 0.5);


             

mat3(1.0); //对角矩阵

//给定的数据先填充列，再填充行**
/**
 (1.0, 4.0, 7.0,
  2.0, 5.0, 8.0,
  3.0, 6.0, 9.0
 )
**/

mat3 M = mat3(1.0, 2.0, 3.0,
              4.0, 5.0, 6.0,
              7.0, 8.0, 9.0);


vec3 column1 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
vec3 column2 = vec3(4.0, 5.0, 6.0);
vec3 column3 = vec3(7.0, 8.0, 9.0);
mat3 M = mat3(column1, column2, column3);


vec2 column1 = vec3(1.0, 2.0);
vec2 column2 = vec3(4.0, 5.0);
vec2 column3 = vec3(7.0, 8.0);
mat3 M = mat3(column1, 3.0,
                column2, 6.0
                column3, 9.0);

分量访问符	描述
（x,y,z,w）	位置相关
（r,g,b,a）	颜色相关
（s,t,p,q）	纹理坐标相关

float v_y = velocity.y;
float v_y = velocity[1];


vec3 luminance = color.rrr;


color = color.abgr; //反转每个分量

结构体

struct Particle {
    float v,
    vec3 position
}

Particle p = Particle(10.0, pos);

数组

float[3] v = float[3]{1.0,1.0,10.0};

v.length();

mat3x4 m;
int c = m.length();
int r = m[0].length();                                                               

限制符

存储限定符

const

• 将变量定义为只读

attribute

• attribute变量是应用程序传输给顶点着色器的逐顶点数据，即每个顶点都需要一份数据，通常用于表示顶点坐标、顶点颜色、纹理坐标等数据。attribute变量在shader中是只读的，不能在顶点着色器中进行修改。此外，attribute变量必须由执行着色器的应用程序传输数据进行赋值。
• 可使用的最大attribute数量是有上限的，可以使用内置函数glGetIntegerv来查询GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS。OpenGL ES 2.0至少支持8个attribute变量。

uniform

• 设置变量为用户应用程序传递给着色器的数据，对于图元是只读的。
• 着色器可以使用的uniform个数是有限的，可以使用内置函数glGetIntegerv来查询GL_MAX_VERTEX_UNIFORM_VECTORS和GL_MAX_FRAGMENT_UNIFORM_VECTORS。OpenGL ES 2.0至少支持128个顶点uniform以及16个片元uniform。

varying

• varying用于声明顶点着色器和片元着色器之间共享的变量。在顶点和片元着色器中，必须有相同的varying变量声明。首先，顶点着色器为每个顶点的varying变量赋值，然后光栅化阶段会对varying变量进行插值计算（光栅化后的每个片元都会得到一个对应的varying变量值），最后把插值结果交给片元着色器进行着色。varying只能用于修饰浮点标量、浮点向量、浮点矩阵以及包含这些类型的数组。
• varying数量也存在限制，可以使用glGetIntegerv来查询GL_MAX_VARYING_VECTORS。OpenGL ES 2.0至少支持8个varying变量。

buffer

• 设置应用程序共享的一块可读写的内存，这款内存也作为着色器中的存储缓存

shared

• 设置变量是本地工作组中共享的

参数限定符

in

• 着色器阶段的输入变量

out

• 着色器阶段的输出变量

精度限定符

• highp 最高精度
• lowp 最低精度
• mediump 中间精度，介于两者之间

语句

算数操作符

和java、c++类似

++、+=、a ? b :c 、

流控制

if () {

} else {

}

switch (init_value) {
    case b:
        break;
}

循环

for， do while、while

• break
• continue
• return
• discard
  • 只在片元着色器中有效，丢弃当前的片元，终止着色器的执行

函数

和c++类似，使用前必须给出函数声明或函数体

float xxx(float x, float y);

参数限制符

GLSL没有指针的的概念

• in
  • 默认，不需要指定，将数据拷贝到函数中
• const in
  • 将只读数据拷贝到函数中
• out
  • 从函数获取数值（输入函数的值是未定义的）
• inout
  • 将数据拷贝到函数中，并从函数获取数值

计算不变性

GLSL无法保证不同着色器，完全相同的计算式会得到完全一样的结果。

额外

const float f = sin(10.0)//宿主机的编译器负责计算

float g = sin(10.0)//图形硬件负责

f和g可能不一样

invariant

修饰着色器的输出变量

invariant gl_Position;
invariant centroid out vec3 color;

precise

可以设置任何计算中的变量或者函数返回值。

预处理

宏定义

#define
#undef

#ifdef
#endif
#ifndef
#elif
#else

编译器控制

#pragma optimize(on)
#pragma debug(on)

数据块接口

• uniform块

     uniform b {
         vec4 v1,
         bool v2;
     };
  
     uniform b {
         vec4 v1,
         bool v2;
     } name;
  

• in/out块

• buffer块

uniform块

布局控制

• shared
  • 默认
• binding = N
• packed
• std140
• std430
• offset = N
• align = N
• row_major
• column_major

in/out块

buffer块

内置变量

顶点着色器内置变量

• gl_Position
  • gl_Position是输出变量，用来保存顶点位置的齐次坐标。该值用作图元装配、裁剪以及其他固定管道操作。如果顶点着色器中没有对gl_Position赋值，那么在后续阶段它的值是不确定的。gl_Position可以被写入多次，后续步骤以最后一次写入值为准。
• gl_PointSize
  • gl_PointSize是输出变量，是着色器用来控制被栅格化点的大小，以像素为单位。如果顶点着色器中没有对gl_PointSize赋值，那么在后续阶段它的值是不确定的。

片元着色器内置变量

• gl_FragColor
  • gl_FragColor是输出变量，定义了后续管线中片元的颜色值。gl_FragColor可以被写入多次，后续步骤以最后一次写入值为准。如果执行了discard操作，则片元会被丢弃，gl_FragColor将不再有意义。
• gl_FragCoord
  • gl_FragCoord是只读变量，保存当前片元的窗口坐标(x, y, z, 1/w)，该值是图元装配阶段对图元插值计算所得，z分量表示当前片元的深度值。
• gl_FragDepth
  • gl_FragDepth是输出变量，用于改变片元的深度值（替代gl_FragCoord.z深度值）。如果在任何地方写入了它的值，那么务必在所有执行路径中都写入它的值，否则未写入的路径上它的值有可能不明确。
• gl_FrontFacing
  • gl_FrontFacing是只读变量，如果片元属于面朝前的图元，那么它的值为true。该变量可以选取顶点着色器计算出的两个颜色之一以模拟双面光照。
• gl_PointCoord
  • gl_PointCoord是只读变量，表示当前片元在点图元中的二维坐标，范围是0.0到1.0。如果当前图元不是点，那么gl_PointCoord读取的值将是不明确的。

内嵌函数

可参考官方文档或网上资料，例如《OpenGL之GLSL》

ParamType可以是float、vec2、vec3、vec4，参数类型和返回类型是一致的。

三角函数

• ParamType radians(ParamType degrees)

  • 把角度转换为弧度

• ParamType degrees(ParamType radians)

  • 把弧度转换为角度

• ParamType sin(ParamType radians)

  • 以弧度为单位，计算正弦值

• ParamType cos(ParamType radians)

  • 以弧度为单位，计算余弦值

• ParamType tan(ParamType radians)

  • 以弧度为单位，计算正切值

• ParamType asin(ParamType value)

  • sin的反函数，计算给定值的弧度，value的绝对值 <= 1，返回的弧度范围是[-π/2,π/2]

• ParamType acos(ParamType value)

  • cos的反函数，计算给定值的弧度，value的绝对值 <= 1，返回的弧度范围是[0,π]

• ParamType atan(ParamType y_over_x)

  • tan的反函数，计算给定值的弧度，返回的弧度范围是[-π/2,π/2]

• ParamType atan(ParamType y, ParamType x)

  • tan的反函数，也可以称作atan2，返回一个正切值为y/x的弧度，x和y的符号用来确定角在哪个象限。返回的弧度范围是(−π,π)。如果x和y都为0，则结果是未定义的

指数函数

• ParamType pow(ParamType x, ParamType y)

  • 幂函数返回x的y次方

• ParamType exp(ParamType x)

  • exp函数返回常数e的x次方

• ParamType exp2(ParamType x)

  • exp2函数返回常数2的x次方

• ParamType log(ParamType x)

  • 以常数e为底x的对数函数

• ParamType log2(ParamType x)

  • 以常数2为底x的对数函数

• ParamType sqrt(ParamType x)

  • 返回X的平方根

• ParamType inversesqrt(ParamType x)

  • 返回x的平方根的倒数

通用函数

• ParamType abs(ParamType x)

  • 返回x的绝对值

• ParamType sign(ParamType x)

  • x为正时返回1.0,x为零时返回0.0,x为负时返回-1.0

• ParamType floor(ParamType x)

  • 返回小于或等于x的最大整数

• ParamType ceil(ParamType x)

  • 返回大于或等于x的最小值

• ParamType fract(ParamType x)

  • 返回x的小数部分，即: x - floor(x)。

• ParamType mod(ParamType x, ParamType y)

  • x – y * floor(x / y)，如果x和y是整数，返回值是x除以y的余数

• ParamType mod(ParamType x, float y)

  • 上面mod的变体：y总是float，对于浮点向量，向量的每个分量除以y

• ParamType min(ParamType x, ParamType y)

  • 返回两个参数的较小值。对于浮点向量，操作是按分量进行比较的

• ParamType min(ParamType x, float y)

  • 上面min的变体：y总是float，对于浮点向量，向量的每个分量与y进行比较

• ParamType max(ParamType x, ParamType y)

  • 返回两个参数的较大值。对于浮点向量，操作是按分量进行比较的

• ParamType max(ParamType x, float y)

  • 上面max的变体：y总是float，对于浮点向量，向量的每个分量与y进行比较

• ParamType clamp(ParamType x, ParamType minVal, ParamType maxVal)

  • 如果x大于minVal，小于maxVal，则返回x。如果x小于minVal，则返回minVal。如果x大于maxVal，则返回maxVal

• ParamType clamp(ParamType x, float minVal, float maxVal)

  • 上面clamp的变体，minVal和maxVal总是float，对于浮点向量，向量的每个分量与minVal和maxVal进行比较

• ParamType mix(ParamType x, ParamType y, ParamType a)

  • 返回x和y的线性混合，即x * (1 - a) + y * a

• ParamType mix(ParamType x, ParamType y, float a)

  • 上面mix的变体，a总是float，对于浮点向量，向量的每个分量与a计算

• ParamType step(ParamType edge, ParamType x)

  • 如果x比edge小，则返回0.0，否则返回1.0

• ParamType step(float edge, ParamType x)

  • 上面step的变体，edge总是float，对于浮点向量，向量的每个分量与edge计算

• ParamType smoothstep(ParamType edge0, ParamType edge1, ParamType x)

  • 如果x小于edge0，则返回0.0；如果x大于edge1，则返回1.0。否则，返回值将使用Hermite多项式在0.0到1.0之间进行插值

• ParamType smoothstep(float edge0, float edge1, ParamType x)

  • 上面smoothstep的变体，edge0和edge1总是float，对于浮点向量，向量的每个分量与edge0和edge1比较

几何函数

• float length(ParamType x)

  • 返回向量长度，即各分量平方和的平方根，对于浮点标量则返回其绝对值

• float distance(ParamType p0, ParamType p1)

  • 返回两点之间的距离，两点的距离就是向量d(p0 - p1, 从p1开始，指向p0)的长度，对于浮点标量则返回其绝对值

• float distance(ParamType p0, ParamType p1)

  • 返回两点之间的距离，两点的距离就是向量d(p0 - p1, 从p1开始，指向p0)的长度，对于浮点标量则返回其绝对值

• float dot(ParamType x, ParamType y)

  • 返回两个向量的点积，即两个向量各个分量乘积的和，对于浮点标量则返回x和y的乘积

• vec3 cross(vec3 x, vec3 y)

  • 返回两个向量的叉乘向量，更为熟知的叫法是法向量，该向量垂直于x和y向量构成的平面，其长度等于x和y构成的平行四边形的面积。输入参数只能是三分量浮点向量

• ParamType normalize(ParamType x)

  • 返回向量x的单位向量，即x / |x|，对于浮点标量直接返回1.0

• ParamType faceforward(ParamType N, ParamType I, ParamType Nref)

  • 如果dot(Nref, I) < 0那么返回N向量，否则返回–N向量

• ParamType reflect(ParamType I, ParamType N)

  • I：the incident vector(入射向量), N：the normal vector of the reflecting surface(反射面的法向量)，返回反射方向: I – 2 * dot(N,I) * N，N一般是单位向量

• ParamType refract(ParamType I, ParamType N, float eta)

  • I：the incident vector(入射向量), N：the normal vector of the refracting surface(折射面法向量)，eta：折射率。返回入射向量I关于法向量N的折射向量，折射率为eta，I和N一般是单位向量

矩阵函数

不同于传统的向量相乘，这里matrixCompMult返回一个向量，该向量的各分量等于x和y向量各个分量的乘积。

mat2 matrixCompMult(mat2 x, mat2 y)  
mat3 matrixCompMult(mat3 x, mat3 y)  
mat4 matrixCompMult(mat4 x, mat4 y)

// 结果向量z
z[i][j] = x[i][j] * y[i][j]

矢量（向量）关系函数

• bvec lessThan(vec x, vec y) bvec lessThan(ivec x, ivec y)

  • 结果向量result[i] = x[i] < y[i]

• bvec lessThanEqual(vec x, vec y) bvec lessThanEqual(ivec x, ivec y)

  • 结果向量result[i] = x[i] <= y[i]

• bvec greaterThan(vec x, vec y) bvec greaterThan(ivec x, ivec y)

  • 结果向量result[i] = x[i] > y[i]

• bvec greaterThanEqual(vec x, vec y) bvec greaterThanEqual(ivec x, ivec y)

  • 结果向量result[i] = x[i] >= y[i]

• bvec equal(vec x, vec y) bvec equal(ivec x, ivec y)

  • 结果向量result[i] = x[i] == y[i]

• bvec notEqual(vec x, vec y) bvec notEqual(ivec x, ivec y)

  • 结果向量result[i] = x[i] != y[i]

• bool any(bvec x)

  • 假如参数向量的任意一个分量为true，那么返回true

• bool all(bvec x)

  • 假如参数向量的所有分量为true，那么返回true

• bvec not(bvec x)

  • 对布尔向量取反

纹理查找函数

纹理查询的目的是从纹理中提取指定坐标的颜色信息。OpenGL中纹理有两种：

• 2D纹理（sampler2D）
• 3D纹理（samplerCube）

顶点着色器和片元着色器中都可以使用纹理查找函数。但是顶点着色器中不会计算细节级别（level of detail），所以二者的纹理查找函数略有不同。
以下函数只在顶点着色器中可用：

vec4 texture2DLod(sampler2D sampler, vec2 coord, float lod);
vec4 texture2DProjLod(sampler2D sampler, vec3 coord, float lod);
vec4 texture2DProjLod(sampler2D sampler, vec4 coord, float lod);
vec4 textureCubeLod(samplerCube sampler, vec3 coord, float lod);

以下函数只在片元着色器中可用：

vec4 texture2D(sampler2D sampler, vec2 coord, float bias);
vec4 texture2DProj(sampler2D sampler, vec3 coord, float bias);
vec4 texture2DProj(sampler2D sampler, vec4 coord, float bias);
vec4 textureCube(samplerCube sampler, vec3 coord, float bias);

float类型参数bias表示：使用mipmaps计算纹理的适当细节级别之后，在执行实际的纹理查找操作之前添加的偏差。
以下函数在顶点着色器和片元着色器中都可用:

vec4 texture2D(sampler2D sampler, vec2 coord);
vec4 texture2DProj(sampler2D sampler, vec3 coord);
vec4 texture2DProj(sampler2D sampler, vec4 coord);
vec4 textureCube(samplerCube sampler, vec3 coord);

着色器编译

• glShaderSource
• glCompileShader
• glCreateShader
• glAttachShader
• glCreateProgram
• glLinkProgram
• glUseProgram