shader 的基本用法

什么是GPU?

GPU:Graphic Processing Unit，中文翻译为“图形处理器”。显卡包括（GPU,显存，显卡BIOS,显卡PCB板）。

什么是Shader?

Shader程序:GPU执行的，针对3D对象进行操作的程序。

Shader有哪几种？

CG：与DirectX 9.0以上以及OpenGL 完全兼容。运行时或事先编译成GPU汇编代码。

HLSL: 主要用于Direct3D。平台:windows。

GLSL: 主要用于OpenGL。平台:移动平台（iOS，安卓），mac(only use when you target Mac OS X or OpenGL ES 2.0)

顶点着色器是一个可编程的处理单元，执行顶点变换、纹理坐标变换、光照、材质等顶点的相关操作，每顶点执行一次。替代了传统渲染管线中顶点变换、光照以及纹理坐标的处理，开发人员可以根据自己的需求自行开发，大大增加了程序的灵活性。

顶点着色器主要是传入相应的Attribute变量、Uniforms变量、采样器以及临时变量，经过顶点着色器后生成Varying变量。如下图所示：

shader 的基本用法

（1）attribute变量(属性变量)只能用于顶点着色器中，不能用于片元着色器。一般用该变量来表示一些顶点数据，如：顶点坐标、纹理坐标、颜色等。

（2）uniforms变量(一致变量)用来将数据值从应用程其序传递到顶点着色器或者片元着色器。该变量有点类似C语言中的常量（const），即该变量的值不能被shader程序修改。一般用该变量表示变换矩阵、光照参数、纹理采样器等。

（3）varying变量(易变变量)是从顶点着色器传递到片元着色器的数据变量。顶点着色器可以使用易变变量来传递需要插值的颜色、法向量、纹理坐标等任意值。在顶点与片元shader程序间传递数据是很容易的，一般在顶点shader中修改varying变量值，然后片元shader中使用该值，当然，该变量在顶点及片元这两段shader程序中声明必须是一致的。例如：上面代码中应用程序中由顶点着色器传入片元着色器中的vColor变量。

（4）gl_Position 为内建变量，表示变换后点的空间位置。顶点着色器从应用程序中获得原始的顶点位置数据，这些原始的顶点数据在顶点着色器中经过平移、旋转、缩放等数学变换后，生成新的顶点位置。新的顶点位置通过在顶点着色器中写入gl_Position传递到渲染管线的后继阶段继续处理。

片元着色器介绍

片元着色器是一个处理片元值及其相关联数据的可编程单元，片元着色器可执行纹理的访问、颜色的汇总、雾化等操作，每片元执行一次。片元着色器替代了纹理、颜色求和、雾以及Alpha测试，这一部分是需要开发者自己开发的。

（1）varying指的是从顶点着色器传递到片元着色器的数据变量

（2）gl_FragColor为内置变量，用来保存片元着色器计算完成的片元颜色值，此颜色值将送入渲染管线的后继阶段进行处理。

二、加载着色器代码示例

private int loadShader( int shaderType, String source)

{

// 创建一个新shader

int shader = GLES20.glCreateShader(shaderType);

// 若创建成功则加载shader

if (shader != 0)

{

// 加载shader源代码

GLES20.glShaderSource(shader, source);

// 编译shader

GLES20.glCompileShader(shader);

// 存放编译成功shader数量的数组

int[] compiled = new int[1];

// 获取Shader的编译情况

GLES20.glGetShaderiv(shader, GLES20.GL_COMPILE_STATUS, compiled, 0);

if (compiled[0] == 0)

{

//若编译失败则显示错误日志并删除此shader

Log.e(TAG, "Could not compile shader " + shaderType + ":");

Log.e(TAG, GLES20.glGetShaderInfoLog(shader));

GLES20.glDeleteShader(shader);

shader = 0;

}

return shader;

}

上述示例代码中主要用到了三个方法：

GLES20.glCreateShader(shaderType);
GLES20.glShaderSource(shader, source);
GLES20.glCompileShader(shader);

1. GLES20.glCreateShader()，创建一个容纳shader的容器，称为shader容器。

函数原型：

int glCreateShader (int type)

方法参数：

GLES20.GL_VERTEX_SHADER (顶点shader)

GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER (片元shader)

如果调用成功的话，函数将返回一个整形的正整数作为shader容器的id。如果对c++熟悉的话，该函数的返回值理解为指针或者句柄更合适。

2. GLES20.glShaderSource(shader, source)，添加shader的源代码。源代码应该以字符串数组的形式表示。当然，也可以只用一个字符串来包含所有的源代码。

函数原型：

void glShaderSource (int shader, String string)

参数含义：

shader是代表shader容器的id（由glCreateShader返回的整形数）；

string是包含源程序的字符串数组。

3. GLES20.glCompileShader(shader)，对shader容器中的源代码进行编译。

函数原型：

void glCompileShader (int shader)

参数含义：

shader是代表shader容器的id。