OpenGL--GLSL基础
Shader简介
首先简单介绍一下Shader是什么，Shader意为着色器，只是整个图形渲染管线流程中的某几个单元，也可以理解为图形渲染管线中的几处会被执行的代码，Shader主要包括：顶点Shader，片段Shader以及几何Shader这3种。
那么顶点，片段和几何分别是什么呢？顶点很好理解，如要绘制一张图片，一般是一个由四个顶点组成的图形。就是我们读书那会几何学里的顶点一个意思。
片段简单点理解就是要绘制这张图片的每一个像素。(这种叫法一般指在渲染管线的着色阶段的像素，片段和像素是有区别的，如在重叠的情况下，一个像素上可以渲染多个片段)
几何指的是要绘制的形状，同样的4个点，可以组成两个三角形、一个四边形或者两条线。
我们通常说的图形渲染其实就是一个固定流水线流程，即一张图片从无到有怎么显示到显示器上的一个过程。Shader就是这个过程中我们程序员唯一能动态操作改变的部分。操作的桥梁就是语言了，DirectX中是HLSL，OpenGL中使用的是GLSL语言来编写Shader脚本，可以写出各种炫酷的效果～
图形渲染管线
下面我们来大致讲讲图形渲染管线流程的具体的几个步骤：
1.准备好顶点数据和顶点连通性数据。顶点数据包括顶点的位置、颜色、纹理坐标、法线等数据，而顶点连通性数据则是描述顶点之间如何连接组合的数据，如这边两个顶点是连成一条线，这边三个顶点组成一个三角形。
2.将第一步获取的顶点数据进行处理，包括顶点位置变换，顶点光照计算，生成纹理坐标等操作，处理完后输出到下一步。（顶点着色器负责阶段）
3.根据上面提供的顶点数据和顶点连通性数据，将点连成线，线连成面。把零零散散的顶点组装成一个一个的图元，并且将图元进行栅格化，即处理成一个一个的像素格子，并且决定了每个像素格子的位置，这就是我们说的片段。
被确定的除了片段的位置之外，还可能包含片段的颜色，OpenGL会根据图元各个顶点的颜色，纹理坐标进行插值，得出每个片段的颜色插值。这个阶段还会对不在视口范围中的内容进行裁剪。背面剔除操作也会在这个阶段执行。（几何着色器负责阶段，这个我们一般不会用到，因为一般不需要我们再去实现一套新的图元组装规则）
4.对第三步输出的片段进行处理，包括对颜色处理，或者丢弃片段，雾化也是在这个阶段执行的。（片段着色器负责阶段）
5.为即将呈现到屏幕上的内容进行最后的处理，即对每个片段进行一系列的测试：
- 裁剪测试，激活GL_SCISSOR_TEST时开启，判断是否在设定的裁剪窗口中，如是则通过，否则不渲染当前片段。
- Alpha测试，激活GL_ALPHA_TEST时开启，判断当前片段的透明度是否符合glAlphaFunc设定的条件(如透明度大于0.5)，如是则通过，否则不渲染当前片段。
- 模版测试，激活GL_STENCIL_TEST时开启，判断当前片段模版值与模版缓冲区中对应的模版值是否符合glStencilFunc()函数设定的条件，如是则通过，否则不渲染当前片段。
- 深度测试，激活GL_DEPTH_TEST时开启，用于判断片段的前后遮挡关系，判断当前片段的深度值和深度缓冲区中对应的值是否符合glDepthFunc()函数设定的条件，如是则通过，否则不渲染当前片段。
最后，如果测试都通过了的话，会根据当前的混合模式将片段更新到帧缓冲区里对应的像素中，当屏幕刷新时，帧缓冲区的内容会被渲染到屏幕上。这就是我们看到一个图像如何显示到屏幕上的整个过程。
GLSL基础语法
下面我们看看怎么编写Shader脚本，GLSL语法类似C语言，顶点着色器和片段着色器都是使用GLSL编写的。
一：数据类型和变量
1.基础类型
GLSL支持以下三种基本数据类型：float、int、bool
需要特别注意的是，假设有一个float变量，在着色器中将其赋值为1，在一些显卡上可能会崩溃！因为1是整数不是浮点数，所以需要将1.0赋给浮点型变量。可以这样使用基本类型变量：
int a, b;
float c = 3.0;
bool d = true;2.向量类型
上面3种基本数据类型分别对应3种向量：
vec2、vec3、vec4：浮点型向量，可以存储2～4个浮点数。
ivec2、ivec3、ivec4：整数向量。
bvec2、bvec3、bvec4：布尔型向量。
向量的操作是很灵活的，可以使用下标来访问向量的分量，也可以使用x、y、z、w字段来访问向量的成员，使用r、g、b、a字段可以访问颜色向量，使用s、t、p、q字段可以访问纹理坐标向量。如果要访问向量的x、y、z3个字段，还可以连续使用字段。下面来代码演示下：
vec2 a = vec2(1.0, 2.0);
vec3 b = vec3(3.0, 4.0, 5.0);
vec3 color = b.rgb; //使用rgb来操作b的三个分量
float c = a[0]; //使用下标的方式来访问a的第一个变量
vec3 d = vec3(a, c); //使用一个vec2和一个float初始化vec3
float e = float(d); //d的x分量被赋值给了e3.矩阵类型
GLSL提供了2✖️2，3✖️3，4✖️4共3种矩阵类型，分别使用mat2，mat3，mat4表示。此外还支持2～4✖️2～4的任意矩阵，如mat3✖️2、mat4✖️3等。用法和向量类似。
4.采样器
GLSL提供了一组采样器，这是一种用于访问纹理的特殊类型，在读取纹理值时会用到，主要有下面几种采样器。
- sampler1D：一维纹理采样器
- sampler2D：二维纹理采样器
- sampler3D：三维纹理采样器
- samplerCube：立方体映射纹理采样器
- sampler1DShadow：一维阴影映射采样器
- sampler2DShadow：二维阴影映射采样器
5.数组和结构体
在GLSL中，可以像C语言一样声明和访问数组，但不能在声明时直接初始化数组，数组下标从0开始，如：
int a[3];
a[0] = 1;GLSL还可以定义结构体，定义和初始化如下：
struct xxx
{
vec3 pos;
vec3 color;
};
xxx st1;
xxx st2 = xxx(vec3(0.0, 0.0, 0.0), vec3(1.0, 1.0, 0.0));
st2.pos = vec3(0.0, 1.0, 0.0);二：操作符
=<+-*/&&||.等等这些基本和c语言操作符一致，不作过多介绍。
三：变量修饰符
变量修饰符放在变量类型之前，用于修饰变量，GLSL常用的有以下变量修饰符。
- const：编译时期的常量，不可被修改
- attribute：属性变量
- uniform：统一变量
- varying：易变变量
属性变量和统一变量都是只读的全局变量(不能定义在函数内)，都是由OpenGL应用程序设置的变量，即值由底层操作，我们只需定义使用。
属性变量是针对每个顶点的数据，所以只能在顶点着色器中定义，一般会将顶点的颜色、位置、法线等顶点数据作为属性变量传递给顶点着色器。
统一变量是针对整个图元的数据，既可以在顶点着色器中使用，也可以在片段着色器中使用。我们把统一变量作为中间媒介，通过统一变量传递应用程序中的变量给着色器使用。
易变变量是着色器中最神奇的变量，也最不容易理解。主要用于存储插值数据，必须同时在顶点着色器和片段着色器中定义同一个易变变量，在顶点着色器中写入易变变量的值，然后在片段着色器中获取易变变量的值(片段着色器中，易变变量是只读的)。
在顶点着色器中写入顶点的插值，然后到了插值计算阶段会根据这些顶点的插值会进行插值运算，计算出顶点之间片段的值。简单的讲就是对数据进行插值计算。
四：语句与函数
GLSL语句和函数基本和c语言一致，支持if-else,for,while,do-while语句，同时支持break和continue关键字。在片段着色器中，还可以使用discard语句来丢弃当前片段。
着色器程序由函数组成，每个着色器都需要有一个main()函数，和c一样这是程序的入口。
函数返回值可以是任意类型，但不能是数组。函数参数有3种修饰符，分别是in,out,inout，分别表示输入、输出、既输入又输出。没有指定默认为in。函数还允许重载。
bool areyouhappy(in float money)
{
if(money < 1000000000.0)
return false;
else
return true;
}五：Shader简单示例
简单的颜色Shader脚本：
//顶点Shader
//输入顶点和颜色数据
attribute vec4 vVertex;
attribute vec4 vColor;
//输出颜色插值到vVaryingColor中
varying vec4 vVaryingColor;
void main()
{
vVaryingColor = vColor;
gl_Position = vVertex;
}//片段Shader
//拿到经过插值后的vVaryingColor，将它设置到最终输出的gl_FragColor变量中
varying vec4 vVaryingColor;
void main()
{
gl_FragColor = vVaryingColor;
}顶点着色器最主要的职责就是计算位置，所以顶点着色器至少需要写入一个变量gl_Position，这个是GLSL内置的位置变量，需要将变换后的顶点坐标赋予该变量。
片段着色器主要职责是计算片段颜色，所以需要将片段最终颜色写入内置的gl_FragColor变量中(或者将该片段抛弃)。