为什么“gl_Position”与“位置”是不同的数据类型

Question

我正在从代码示例中了解 GLSL 着色器，但我对以下内容感到困惑：gl_Position 是 vec4 数据类型，position 是 vec3 数据类型，为什么？这个“位置”变量到底是什么，我在哪里可以找到某种文档？我能找到的只是 gl_Position 参考，gl_projectionMatrix 与 projectionMatrix 相同。 projectionMatrix 即使在 GLSL 备忘单中也没有定义。

<script type="x-shader/x-vertex" id="vertexshader">

    varying vec3 col;

    void main()
    {
        col         = vec3( uv, 1.0 );
        gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4( position, 1.0 );
    }

</script>

<script type="x-shader/x-fragment" id="fragmentshader">

    varying vec3 col;

    void main()
    {
        gl_FragColor = vec4(col, 1);
    }

</script>

Answer 1

position 是一个用户命名的变量。 position 对 WebGL 没有任何意义。它可能被称为foo 或bar 或whatever。它对 WebGL 没有意义，就像变量 xyz 在 JavaScript 中没有意义一样

JavaScript

var xyz = 123;      // this has no meaning to JavaScript, only to the programmer
var position = 789; // this has no meaning to JavaScript either.

WebGL GLSL

attribute vec3 xyz;       // this has no meaning to WebGL
attribute vec3 position;  // this has no meaning to WebGL either

projectionMatrix 也是如此。它是程序员制作的变量。 WebGL 不在乎名称是什么。如果您正在使用某个库（例如 three.js），它可能会为变量组成一些名称，但这些变量和选择的名称是库的一部分，而不是 WebGL 的一部分。日本程序员可能会使用 haichi 和 shaeigyouretu 之类的名称，而不是 position 和 projectionMatrix。

以gl_ 开头的变量是特殊的全局变量。在WebGL Quick Reference Card 上有一个列表。 所有其他变量均由程序员编写。

内置输入、输出和常量 [7]

着色器程序使用特殊变量与管道的固定功能部分进行通信。输出特殊变量可以在写入后读回。输入特殊变量是只读的。所有特殊变量都具有全局范围。

顶点着色器特殊变量 [7.1]

Outputs:
Variable                   |Description           | Units or coordinate system
---------------------------+----------------------+------------------
highp vec4 gl_Position;    |transformed vertex    |clip coordinates
                           |position              | 
---------------------------+----------------------+------------------
mediump float gl_PointSize;|transformed point size|pixels
                           |(point rasterization  |
                           |only)                 |
---------------------------+----------------------+------------------

片段着色器特殊变量 [7.2]

片段着色器可以写入gl_FragColor 或gl_FragData[] 的一个或多个元素，但不能同时写入。 gl_FragData 数组的大小由内置常量 gl_MaxDrawBuffers 给出。

Inputs:
Variable                   |Description           | Units or coordinate system
---------------------------+----------------------+------------------
mediump vec4 gl_FragCoord; |fragment position     | window coordinates
                           | within frame buffer  |
---------------------------+----------------------+------------------
bool gl_FrontFacing;       |fragment belongs to a | Boolean
                           |front-facing primitive|
---------------------------+----------------------+------------------
mediump vec2 gl_PointCoord;|fragment position     | 0.0 to 1.0 for
                           |within a point (point | each component
                           |rasterization only)   | 
---------------------------+----------------------+------------------

Outputs:
Variable                   |Description           | Units or coordinate system
---------------------------+----------------------+------------------
mediump vec4 gl_FragColor; |fragment color        | RGBA color
---------------------------+----------------------+------------------
mediump vec4 gl_FragData[n]|fragment color for    | RGBA color
                           |color attachment n    |
---------------------------+----------------------+------------------

具有最小值的内置常量 [7.4]

Built-in Constant                                 | Minimum value
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxVertexAttribs             | 8
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors      | 128
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxVaryingVectors 8          |
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits   | 0
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits | 8
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxTextureImageUnits         | 8
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxFragmentUniformVectors    | 16
--------------------------------------------------+------------------
const mediump int gl_MaxDrawBuffers               | 1
--------------------------------------------------+------------------

内置统一状态 [7.5]

在窗口坐标中指定深度范围。如果一个实现确实 在片段语言中不支持 highp 精度，并且 state 被列为 highp，那么该 state 在片段中将仅作为 mediump 可用 语言。

struct gl_DepthRangeParameters {
   highp float near; // n
   highp float far; // f
   highp float diff; // f - n
};

uniform gl_DepthRangeParameters gl_DepthRange;

作为 var 和 position 一样，作为 vec3，这也是程序员的决定。成为vec4 或float 或任何你想要的都一样好。

虽然着色器可以是您想要的任何东西，并且可以使用您想要的任何变量名称，但最常见的顶点着色器可能类似于

attribute vec4 position;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 modelViewMatrix;

void main() {
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * position;
}

一些程序员将vec3 用于position，但无论如何他们都必须将其强制转换为vec4

attribute vec3 position;
uniform mat4 projectionMatrix;
uniform mat4 modelViewMatrix;

void main() {
  gl_Position = projectionMatrix * modelViewMatrix * vec4(position, 1);
}

而且由于 vec4 属性的 w 值默认为 1.0，因此没有理由手动进行。

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Answer 2

gl_Position 是一个内置的顶点着色器输出变量，其类型由 OpenGL 规范定义为vec4。

position 是一个顶点着色器属性，并且由于引入了可编程着色器，您（作为开发人员）可以完全控制其格式。

很可能，您有每个顶点的 3D 坐标（因此，每个顶点只有 3 个浮点数），您通过调用 glVertexAttribPointer（或类似函数）将其配置为顶点着色器输入，告诉 OpenGL 拉 3 个浮点数position 属性的缓冲区中的时间。由于 gl_Position 需要 4 个浮点数，因此在顶点着色器中需要扩展为 vec4（通过将 w 填充为 1.0）。