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摘要
本章主要介绍顶点shader，顶点shader可以用来做一些传统的基于顶点的操作，例如：通过矩阵变换位置、计算光照以生成逐顶点颜色、生成或者变换纹理坐标等。
在本章中，首先概述介绍顶点shader，包括其输入和输出。然后通过一些例子来介绍如何编写shader，例如用一个MVP矩阵来变换顶点位置、漫反射和高光反射、纹理坐标生成、顶点蒙皮和位移贴图。最后，介绍一下OpenGL ES 1.1版本中的固定渲染管线的顶点shader。
1. Vertex Shader Overview
顶点shader提供了可对顶点进行操作的编程方法。下图展示了一个顶点shader的输入和输出：
顶点shader的输入包括：
- Attributes ：逐顶点数据
- Uniforms and uniform buffers : 顶点shader使用的常量数据
- Samplers(采样器) : 表示纹理的一个特殊类型的uniform
- Shader program : 顶点shader的源码或可执行文件
Vertex Shader Built-In Variables
Built-In Special Variables
- gl_VertexID 是一个精度为 highp 的整型输入变量，表示顶点的索引。
- gl_InstanceID 是一个精度为 highp 的整型输入变量，表示一次实例化draw call 过程中图元的实例编号。如果是常规的 draw call，则该值为0。
- gl_Position 是一个精度为 highp 的浮点型输出变量，用来输出顶点位置。如果在 vertex shader 中没有写入 gl_Position，那么它的值是未定义的。
- gl_PointSize 是一个精度为 highp 的浮点型输出变量，用来表示 point sprite 的大小，它的值有一个限制范围，有OpenGL ES的具体实现来限制。
- gl_FrontFacing 是一个布尔型变量，它不是由vertex shader直接写入，而是根据顶点位置和图元类型自动生成。
Built-In Uniform State
gl_DepthRange是顶点着色器中唯一可用的内建统一变量，它的类型是 gl_DepthRangeParameters
struct gl_DepthRangeParameters
{
highp float near;
highp float far;
highp float diff; // far - near
}
uniform gl_DepthRangeParameters gl_DepthRange;
Built-In Constants
const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 16;
const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 256;
const mediump int gl_MaxVertexOutputVectors = 16;
const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 16;
const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 32;
以上常量值是所有OpenGL ES 3.0实现必须支持的最小值，实际上一些OpenGL ES 3.0实现可能支持更大的值，具体值查询：
GLint maxVertexAttribs, maxVertexUniforms, maxVaryings;
GLint maxVertexTextureUnits, maxCombinedTextureUnits;
glGetIntegerv (GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &maxVertexAttribs);
glGetIntegerv (GL_MAX_VERTEX_UNIFORM_VECTORS, &maxVaryings);
glGetIntegerv (GL_MAX_VARYING_VECTORS, &maxVaryings);
glGetIntegerv (GL_MAX_VERTEX_TEXTURE_IMAGE_UNITS, &maxVertexTextureUnits);
glGetIntegerv (GL_MAX_COMBINED_TEXTURE_IMAGE_UNITS, &maxCombinedTextureUnits);
Precision Qualifiers
三种精度 ： lowp，mediump，highp
如果一个变量没有指点精度，就使用默认精度，在顶点着色器和片段着色器的顶部可以指定默认精度。在顶点着色器中，如果没有指定默认精度，那么int和float的默认精度都是 highp。
precision highp float;
precision mediump int;
在顶点着色器中进行的操作，最可能需要的精度是 highp。
Number of Uniforms Limitation in a Vertex Shader
Uniform 用于储存如下变量：
- 用uniform修饰的变量
- 常量
- 字面值
- 特定于实现的变量
对于字面值， OpenGL ES 3.0不做常量传播，也就是说同一个字面值的多个实例会被计数多次，例如：
v_texcoord[0] = vec4 (0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
v_texcoord[1] = vec4 (0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
为了保证字面值只被计数一次，修改如下：
const int c_zero = 0;
const int c_one = 1;
v_texcoord[c_zero] = vec4 ( float(c_zero), float(c_zero), float(c_zero), float(c_one) );
v_texcoord[c_one] = vec4 ( float(c_zero), float(c_zero), float(c_zero), float(c_one) );