GLSL

GLSL - OpenGL Shading Language 也稱作 GLslang，是一個以C語言為基礎的高階著色語言。它是由 OpenGL ARB 所建立，提供開發者對繪圖管線更多的直接控制，而無需使用汇编语言或硬體規格語言。

GLSL基本框架

背景

隨著近年來繪圖卡的進步， 已在渲染管線中的頂點（vertex）和片段（fragment）層次中，加入更具彈性的新功能。 達到在這個層次中，使用片段和頂點著色器的可編程性。

最初這個功能是以組合語言撰寫著色器來達到的。組合語言對開發者的使用是不直觀而複雜的。OpenGL ARB 建立了 OpenGL 著色語言，為 GPU 的程式設計提供更加直觀的方法，當維護開放標準的時候，就有助於帶動 OpenGL 的歷史。

最初 OpenGL 1.5 是以擴充形式引入，後來 OpenGL ARB 在 OpenGL 2.0 核心中正式納入 GLSL。自 1992 年建立的OpenGL 1.0 起，OpenGL 2.0 是第一個 OpenGL 的大修改版。

使用 GLSL 有如下好處：

  • 具有跨平台的相容性，包括 Macintosh、Windows 和 Linux 等作業系統。
  • 所有支援 OpenGL 著色語言的繪圖卡，都可以用來編寫著色器。
  • 允許廠商為特定的繪圖卡產生最佳化的代碼。

詳細資料

資料類型

OpenGL 著色語言規格定義了 22 個基本資料類型，有些用法與 C 相同，其它的是繪圖處理器特有的。

  • void – 用於沒有返回值的函式
  • bool – 條件類型，其值可以是真或假
  • int – 帶負號整數
  • float – 浮點數
  • vec2 – 2 個浮點數組成的向量
  • vec3 – 3 個浮點數組成的向量
  • vec4 – 4 個浮點數組成的向量
  • bvec2 – 2 個布林組成的向量
  • bvec3 – 3 個布林組成的向量
  • bvec4 – 4 個布林組成的向量
  • ivec2 – 2 個整數組成的向量
  • ivec3 – 3 個整數組成的向量
  • ivec4 – 4 個整數組成的向量
  • mat2 – 浮點數的 2X2 矩陣
  • mat3 – 浮點數的 3X3 矩陣
  • mat4 – 浮點數的 4X4 矩陣
  • sampler1D – 用來存取一維紋理的句柄（handle）（或：操作，作名詞解。）
  • sampler2D – 用來存取二維紋理的句柄
  • sampler3D – 用來存取三維紋理的句柄
  • samplerCube – 用來存取立方映射紋理的句柄
  • sampler1Dshadow – 用來存取一維深度紋理的句柄
  • sampler2Dshadow – 用來存取二維深度紋理的句柄

運算子

OpenGL 著色語言提供類似於 C語言的運算子。給開發者編寫著色器的靈活性。GLSL 包含了 C和C++運算子，除了位元運算子和指標以外。

函式和控制結構

類似於 C語言，GLSL 支援迴圈和分支，包括 if、else、if/else、for、do-while、break、continue 等。

支援使用者定義函式，且各種常用的函式也已內建。這也就讓繪圖卡製造商，能夠在硬體層次上最佳化這些內建的函式。許多函式與 C 語言相同，如 exp() 以及 abs()，其它繪圖編程特有的，如 smoothstep() 以及 texture2D()。

編譯和執行

GLSL 著色器不是獨立的應用程式；其需要使用 OpenGL API 的應用程式。C、C++、C#、Delphi 和 Java 皆支援 OpenGL API，且支援 OpenGL 著色語言。

GLSL 著色器本身只是簡單的字串集，這些字串集會傳送到硬體廠商的驅動程式，並從程式內部的 OpenGL API 進入點編譯。著色器可從程式內部或讀入純文字檔來即時建立，但必須以字串形式傳送到驅動程式。

用以編譯、連結並傳送參數到 GLSL 程式的 API 集，已在三個 OpenGL 擴展中規定，且即將成為 OpenGL 2.0（页面存档备份，存于） 核心的一部分。這些 API 可在以下擴展中找到：

GLSL 頂點著色器的簡單範例

 
void main(void)
{
    gl_Position = ftransform();
}

GLSL 片斷著色器的簡單範例

 
void main(void)
{
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}

工具

GLSL 著色器可以事先建立和測試，現有以下 GLSL 開發工具：

  • RenderMonkey（页面存档备份，存于） - 這個軟體是由 ATI 製作的，提供界面用以建立、編譯和除錯 GLSL 著色器，和 DirectX 著色器一樣。僅能在 Windows 平台上執行。
  • GLSLEditorSample - 在 Mac OS X 上，它是目前唯一可用的程式，其提供著色器的建立和編譯，但不能除錯。它是 cocoa 應用程式，僅能在 Mac OS X 上執行。
  • Lumina（页面存档备份，存于） - Lumina 是新的 GLSL 開發工具。其使用 QT 界面，可以跨平台。

參考文獻

外部連結

参见

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