Vulkan着色器介绍(1)
一、简介
与之前的图像API不同，Vulkan中的着色器代码必须以二进制字节码的格式使用，而不是像GLSL和HLSL这样具有比较好的可读性的语法。此字节格式称为SPIR-V，它可以与Vulkan和OpenCL一同使用，这是一种可以编写图形和计算着色器的格式。
二、Vulkan着色器
使用二进制字节码格式的优点之一是使得GPU厂商编写将着色器代码转换为本地代码的编译器复杂度减少了很多。同时Khronos发布了与厂商无关的编译器，它将GLSL编译成SPIR-V，该编译器用于验证着色器代码是否符合标准，并生成与Vulkan功能运行的SPRIR-V二进制文件，除此之外还可以将此编译器作为库在运行时编译生成SPRI-V。
GLSL是具有C风格语法的着色器语言，在程序中需要定义编写main函数作为入口。GLSL不会使用输入参数和返回值作为输出，而是使用全局变量来处理输入和输出。如OpenGL一般，我们需要编写一个vertex shader和一个fragment shader，最后会生成两个SPIR-V二进制文件，最后加载到程序中。
顶点着色器：
顶点着色器处理每一个顶点数据。它的属性，如世界坐标、颜色、法线和纹理UV坐标作为输入，输出的是最终的clip coordinates裁剪坐标和需要传递到片元着色器的属性，包括颜色和纹理UV坐标。这些值会在光栅化阶段进行内插值，以产生平滑的过度。
裁剪坐标clip coordinate是一个来此顶点的着色器的思维向量，随后通过矢量最后一个分量进行整体归一化操作，这些归一化的设备坐标最终会映射到缓冲范围为[-1,1]坐标系统。
我们一般可以通过将其输出为裁剪坐标直接输出归一化的设备坐标，顶点着色器的坐标与最后一个分量设置为1。通常情况下顶点坐标数据是存储在一个顶点缓冲区中，但是在vulkan中创建一个顶点缓冲区并填充数据的过程不是直接的。所以我们一般会置后这些步骤，直到我们满意的看到效果出现在屏幕上。同时我们需要做一些非正统的事情：将坐标直接包含在顶点着色器的内部：
#version 450
#extension GL_ARB_separate_shader_object:enable
out gl_PerVertex{
vec4 gl_position;
};
vec2 positions[3] = vec2[](
vec2(0.0,-0.5),
vec2(0.5,0.5),
vec2(-0.5,0.5)
);
void main(){
gl_position = vec4(positions[gl_VertexIndex],0.0,1.0);
}
main函数的执行应用于每一个顶点，内置的gl_VertexIndex变量包含了当前顶点的索引信息。通常是顶点缓冲区的索引，但是在这里我们硬编码到顶点数据的集合中。每个顶点的位置从常量数组中访问。内置的gl_Position变量作为输出。最后Vulkan中使用shader，需要确保GL_ARG_separate_shader_objects扩展开启。
片元着色器：
由顶点着色器的位置数据形成的三角形用片段着色器填充屏幕上的区域中。片段着色器针对一个或者多个framebuffer帧缓冲区的每个片元产生具体的颜色和深度信息。一个简单的片段着色器为完成的三角形输出红色信息的代码如下:
#version 450
#extension GL_ARB_separate_shader_objects:enable
layout(location = 0) out vec4 outColor;
void main(){
outColor = vec4(1.0,0.0,0.0,1.0);
}
fragment shader中的main函数与vertex shader中的main函数类似，会为每一个片元调用处理，颜色的信息在GLSL中是4个分量组成的矢量，包括R,G,B和Alpha通道，值域收敛在[0,1]范围内。不像顶点着色器的gl_Position，它没有内置的变量为当前片元输出颜色信息。在这里必须为framebuffer定义输出变量，layout(location = 0)修饰符明确framebuffer的索引。
顶点数组颜色：
当我们在顶点着色器中包含一个颜色数组，与位置信息的数组一样：
vec3 clolors[3] = vec3[](
vec3(1.0,0.0,0.0),
vec3(0.0,1.0,0.0),
vec3(0.0,0.0,1.0)
);
接下来我们需要将每个顶点的颜色传递到片段着色器中，从而输出经过插值后的颜色信息到framebuffer中。为顶点着色器添加输出颜色支持，在main函数中定义如下：
layout (location = 0)out vec3 fragColor;
void main(){
gl_Position = vec4(positions[gl_VertexIndex],0.0,1.0);
fragColor = colors[gl_VertexIndex];
}
下一步，我们需要将片段着色器的输入匹配顶点着色器的输出：
layout(location = 0)in vec3 fragColor;
void main(){
outColor = vec4(fragColor,1.0);
}
输入的变量不一定要同名，他们将通过location索引指令链接在一起。main函数中修改将要输出的颜色alpha值，fragColor将会为三个顶点所属的片元自动进行内插值，形成平滑的颜色过度。