计算机图形学

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奎茅
7 years ago
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1 高级计算机图形学中国科学技术大学计算机学院黄章进

2 第十章之第二节 GLSL(I)

3 内容着色器应用程序顶点着色器片段着色器着色器编程 OpenGL 端的着色语言 API

4 顶点着色器应用顶点的移动变形 (morphing) 波动分形光照更真实的模型卡通着色器

5 片段着色器应用逐片段进行光照计算逐顶点光照计算逐片段光照计算

6 片段着色器应用纹理映射光滑明暗处理环境映射凹凸映射

7 着色器的编程语言第一个可编程着色器是用类似汇编语言的形式编写的 OpenGL 扩展增加了顶点和片段着色器 Cg (C for graphics) 是类似 C 语言的着色器编程语言在 OpenGL 和 DirectX 下均可运行与 OpenGL 的接口比较复杂 OpenGL 着色语言 (GLSL)

8 GLSL OpenGL Shading Language 的缩写 OpenGL 2.0 的一部分高级类 C 语言引进新的数据类型矩阵向量采样器 (Samplers) OpenGL 的状态通过内置变量传递

9 一个简单的顶点着色器 //const vec4 red = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); void main(void) { gl_position = gl_projectionmatrix *gl_modelviewmartrix*gl_vertex; // gl_frontcolor = red; }

10 执行模式 glcolor glortho glloadmatrix 应用程序 OpenGL 状态顶点着色器图元装配 gl_vertex gl_modeviewmatrix gl_projectionmatrix gl_frontcolor gl_position

11 一个简单的片段着色器 void main(void) { gl_fragcolor = gl_color; }

12 执行模式 OpenGL 状态应用程序顶点 gl_position gl_frontcolor ( 逐顶点 ) 光栅器片段 gl_color ( 插值 ) 片段着色器像素 gl_fragcolor 帧缓冲区

13 连接着色器与 OpenGL OpenGL 扩展 (Extensions) ARB_shader_objects ARB_vertex_shader ARB_fragment_shader OpenGL 2.0 与在扩展中的使用几乎相同函数名称中没有表示扩展的后缀

15 创建着色器创建着色器对象加载着色器源代码编译着色器对象验证是否成功编译

16 创建着色器对象 GLuint glcreateshader(glenum type); 创建一个空的着色器对象着色器对象维护定义着色器的源代码字符串 type 可取值为 GL_VERTEX_SHADER: 顶点着色器 GL_FRAGMENT_SHADER: 片段着色器返回非零整数, 出错时返回零

17 加载着色器源代码 void glshadersource(gluint shader, GLsizei count, const CLchar **string, const GLint *length); 把存储在字符串数组 string 中的源代码加载到着色器对象 shader, 之前存储在着色器对象里的源代码将被完全替换 count 字符串的个数 length NULL( 每个字符串都是以 null 结束 ) 或字符串长度的数组 ( 若有长度为负值, 表示该字符串以 null 结束 )

18 源代码读取函数 #include <stdio.h> char* readshadersource(const char* shaderfile) { FILE* fp = fopen(shaderfile, "rb"); char* buf; long size; } if(fp==null) return NULL; fseek(fp, 0L, SEEK_END); /* end of file */ size = ftell(fp); fseek(fp, 0L, SEEK_SET); /* start of file */ buf = (char*) malloc((size+1) * sizeof(char)); fread(buf, 1, size, fp); buf[size] = '\0'; /* null termination */ fclose(fp); return buf;

19 编译着色器对象 void glcompileshader(gluint shader); 编译着色器对象 shader 的源代码可以调用 glgetshaderiv() 函数以 GL_COMPILE_STATUS 为参数查询编译结果可以调用 glgetshaderinfolog() 函数查看编译信息日志

20 创建程序创建程序对象把着色器对象连接到程序对象链接程序验证链接是否成功使用着色器

21 创建程序对象 GLuint glcreateprogram(void); 创建一个空的程序对象返回非零整数, 出错时返回零 OpenGL 用程序对象来封装管理可执行着色器可创建多个程序对象, 并在渲染时切换以使用不同的着色器

22 连接着色器对象 void glattachshader(gluint program, GLuint shader); 把着色器对象 shader 连接 (attach) 到程序对象 program 可在加载源代码或编译前, 把着色器对象连接到程序对象可连接顶点 / 片段着色器对, 或只连接一类可连接多个同一类的着色器对象到程序对象, 但只能有一个着色器对象有 main 函数一个着色器对象可连接到多个程序对象

23 链接程序 void gllinkprogram(gluint program); 链接程序对象 program, 生成可执行程序链接前, 连接到程序对象的着色器对象必须已成功编译可以调用 glgetprogramiv() 函数以 GL_LINK_STATUS 为参数查询链接结果可以调用 glgetprograminfolog() 函数查看链接信息日志

24 使用程序 void gluseprogram(gluint program); 安装可执行程序 program 作为 OpenGL 渲染状态机的一部分进行顶点和 / 或片段处理 program 为 0 时, 使用固定功能流水线程序对象在使用中时, 应用程序可以随意修改甚至删除程序对象, 而不会影响作为当前状态机一部分的可执行代码 gllinkprogram() 成功重链接使用中的程序对象后, 将安装生成的可执行代码作为当前渲染状态机的一部分

25 清理函数 void gldeleteshader(gluint shader); 删除着色器对象 shader 如果着色器对象没有连接到任何程序对象, 立即删除 ; 否则, 标记为删除 void gldetachshader(gluint program, GLuint shader); 把着色器对象 shader 从程序对象 program 分离如果着色器标记为删除, 且分离后没有连接到其他着色器, 则被删除

26 清理函数 void gldeleteprogram(gluint program); 删除程序对象 program 如果程序对象不是正在使用的渲染状态机的一部分, 立即删除 ; 否则, 标记为删除当程序对象被删除时, 所有连接的着色器对象将被分离出来编程技巧 : 一旦将着色器对象连接到程序对象后就删除它们, 从而删除程序对象时, 所连接的着色器对象将自动分离并删除

27 查询函数 void glgetshaderiv(gluint shader, GLuint index, GLint *params); 返回着色器对象 shader 参数为 pname 的属性值 pname params GL_SHADER_TYPE GL_DELETE_STATUS GL_COMPILE_STATUS GL_INFO_LOG_LENGTH GL_SHADER_SOURCE_ LENGTH 着色器类型 :GL_VERTEX_SHADER 或 GL_FRAGMENT_SHADER 删除状态 :GL_TRUE 当前标记为删除编译状态 :GL_TRUE 之前的编译成功信息日志的长度 ( 含 null),0 表示无日志串联的源代码字符串的长度 ( 含 null 字符 ), 0 表示没加载源代码

28 查询函数 void glgetprogramiv(gluint program, GLenum pname, GLint *params); pname 返回程序对象 program 参数为 pname 的属性值 GL_DELETE_STATUS GL_LINK_STATUS GL_VALIDATE_STATUS GL_INFO_LOG_LENGTH GL_ATTACHED_SHADERS GL_ACTIVE_ATTRIBUTES GL_ACTIVE_UNIFORMS params 删除状态 :GL_TRUE 当前标记为删除链接状态 :GL_TRUE 之前的链接成功验证状态 :GL_TURE 之前的验证成功信息日志的长度 ( 含 null),0 表示无日志连接的着色对象的个数活动属性变量的个数活动一致变量的个数

29 查询函数 void glgetshaderinfolog(gluint shader, GLsizei bufsize, GLsizei *length, GLchar *infolog); void glgetprograminfolog(gluint program, GLsizei bufsize, GLsizei *length, GLchar *infolog); infolog 返回着色器对象 shader 最后一次编译或程序对象 program 最后一次链接的信息日志缓冲区 infolog 的大小为 bufsize, 实际返回的日志字符数存放在 length 中信息日志的字符数可由 glgetshaderiv() 或 glgetprogramiv() 查询得到

30 查询函数 void glgetshadersource(gluint shader, GLsizei bufsize, GLsizei *length, GLchar *source); source 返回着色器对象 shader 的源代码字符串缓冲区 source 的大小为 bufsize, 实际的源代码字符数存放在 length 中源代码字符串的长度可用 glgetshaderiv() 查询得到

31 查询函数 GLboolean glisshader(gluint shader); GLboolean glisprogram(gluint program); 检查 shader 或 program 是否是着色器对象或程序对象的名称 void glvalidateprogram(gluint program); 验证程序对象 program 是否可以在当前 OpenGL 环境中运行如果验证通过, 程序对象 program 的 GL_VALIDATE_STATUS 值置为 GL_TURE

32 GLSL 参考资料参考书 OpenGL Programming Guide, 6 th edition OpenGL Shading Language, 2 nd edition 规范 OpenGL 2.1 GLSL 1.2 网上教程 x.php

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Microsoft PowerPoint - cg_ch09_02 2011-2012 2012 年度第二学期 00106501 计算机图形学童伟华管理科研楼 1205 室 E-mail: [email protected] 中国科学技术大学数学科学学院 http://math.ustc.edu.cn/ 第二节 GLSL(I) 2 顶点着色器应用顶点的移动变形 (morphing) 波动分形光照更真实的模型卡通着色器 3 片段着色器应用逐片段进行光照计算