《OpenGL编程指南》一2.6 着色器子程序

本节书摘来自华章出版社《OpenGL编程指南》一书中的第2章，第2.6节，作者 Bill Licea-Kane ，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看

2.6　着色器子程序

高级技巧
GLSL允许我们在着色器中定义函数，而这些函数的调用过程总是静态的。如果需要动态地选择调用不同的函数，那么可以创建两个不同的着色器，或者使用if语句来进行运行时的选择，如例2.5所示。
例2.5　静态着色器的控制流程

着色器子程序在概念上类似于C语言中的函数指针，它可以实现动态子程序选择过程。在着色器当中，可以预先声明一个可用子程序的集合，然后动态地指定子程序的类型。然后，通过设置一个子程序的uniform变量，从预设的子程序中选择一个并加以执行。

2.6.1　GLSL的子程序设置

当我们需要在着色器中进行子程序的选择时，通常需要三个步骤来设置一个子程序池。
1）通过关键字subroutine来定义子程序的类型：

其中returnType可以是任何类型的函数返回值，而subroutineType是一个合法的子程序名称。由于它相当于函数的原型，因此我们只需要给出参数的类型，不一定给出参数的名称（我们可以将它设想为C语言中的typedef，而subroutineType就是新定义的类型）。
2）使用刚才定义的subroutineType，通过subroutine关键字来定义这个子程序集合的内容，以便稍后进行动态的选择。某个子程序函数的原型定义类似于下面的形式：

3）最后，指定一个子程序uniform变量，其中保存了相当于“函数指针”的子程序选择信息，这可以在应用程序中更改：

将上面的三个步骤整合在一起，我们可以通过例2.6来实现环境光照和漫反射光照方式的动态选择。
例2.6　声明一个子程序集合

子程序并不一定只属于一个子程序类型（例如，例2.6中的LightFunc）。如果定义了多种类型的子程序，那么我们可以设置一个子程序属于多个类型，方法是在定义子函数时把类型添加到列表中，如下所示：

在上面的例子中，func_1可以使用Func_1和Func_2，这是因为两个子程序都指定了Type_1。但是，func_2就只能使用Func_1，而func_3只能使用Func_2。

2.6.2　选择着色器子程序

如果我们已经在着色器中定义了所有子程序类型和函数，那么只需要在链接后的着色器程序中查询一些数值，然后使用这些数值来选择合适的函数即可。
在之前所示的步骤3当中，我们声明了一个子程序的uniform变量，之后就可以获取它的位置并设置它的值。与其他的uniform变量不同的是，子程序的uniform需要使用glGetSubroutineUniformLocation()来获取自身的位置。
GLint glGetSubroutineUniformLocation(GLuint program, GLenum shadertype, const char* name);
返回名为name的子程序uniform的位置，相应的着色阶段通过shadertype来指定。name是一个以NULL结尾的字符串，而shadertype的值必须是GL_VERTEX_SHADER、GL_TESS_CONTROL_SHADER、GL_TESS_EVALUATION_SHADER、GL_GEOMETRY_SHADER或者GL_FRAGMENT_SHADER中的一个。
如果name不是一个激活的子程序uniform，则返回–1。如果program不是一个可用的着色器程序，那么会生成一个GL_INVALID_OPERATION错误。
当取得了子程序uniform数值之后，我们需要判断某个子程序在着色器中的索引号。这一步可以通过调用函数glGetSubroutineIndex()来完成。
GLuint glGetSubroutineIndex(GLuint program, GLenum shadertype, const char* name);
从程序program中返回name所对应的着色器函数的索引，相应的着色阶段通过shadertype来指定。name是一个以NULL结尾的字符串，而shadertype的值必须是GL_VERTEX_SHADER、GL_TESS_CONTROL_SHADER、GL_TESS_EVALUATION_SHADER、GL_GEOMETRY_SHADER或者GL_FRAGMENT_SHADER中的一个。
如果name不是shadertype着色器的一个活动子程序，那么会返回GGL_INVALID_INDEX。
当我们得到了子程序的索引以及uniform的位置之后，可以使用glUniformSubroutinesuiv()来指定在着色器中执行哪一个子程序函数。某个着色阶段中，所有的子程序uniform都必须先经过初始化的过程。
GLuint glUniformSubroutinesuiv(GLenum shadertype, GLsizei count, const GLuint* indices);
设置所有count个着色器子程序uniform使用indices数组中的值，相应的着色阶段通过shadertype来指定。shadertype的值必须是GL_VERTEX_SHADER、GL_TESS_CONTROL_SHADER、GL_TESS_EVALUATION_SHADER、GL_GEOMETRY_SHADER或者GL_FRAGMENT_SHADER中的一个。第i个子程序uniform对应于indices[i]的值。
如果count不等于当前绑定程序的着色阶段shadertype的GL_ACTIVE_SUBROUTINE_UNIFORM_LOCATIONS值，那么会产生一个GL_INVALID_VALUE错误。indices中的所有值都必须小于GL_ACTIVE_SUBROUTINES，否则会产生一个GL_INVALID_VALUE错误。
将上面的步骤组合在一起，可以得到下面的代码段，它演示了例2.6中的顶点着色器的调用过程。

　调用glUseProgram()时会重新设置所有子程序uniform的值，具体的顺序与硬件实现相关。