OpenGL ES GLSL与自定义着色器API

EGL(Embedded Graphics Library)

• OpenGL ES 命令需要渲染上下⽂和绘制表面才能完成图形图像的绘制
• 渲染上下⽂: 存储相关OpenGL ES状态，是一个状态机
• 绘制表面：⽤于绘制图元的表面,需要指定渲染的缓存区,例如颜⾊缓、深度和模板
• OpenGL ES API并没有提供如何创建渲染上下文或者上下文如何连接到原生窗口系统，EGL是Khronos 渲染API(如OpenGL ES) 和原⽣窗⼝系统之间的接⼝。唯⼀支持OpenGL ES却不支持EGL的平台是iOS，Apple提供⾃己的EGL API的iOS实现，称为EAGL
• 因为每个窗⼝系统都有不同的定义,所以EGL提供基本的不透明类型—EGLDisplay, 这 个类型封装了所有系统相关性,用于和原生窗⼝系统接⼝

主要功能

• 和本地窗口系统（native windowing system）通讯
• 查询可用的配置
• 创建OpenGL ES可用的“绘图表面”（drawing surface）
• 同步不同类别的API之间的渲染，比如在OpenGL ES和OpenVG之间同步，或者在OpenGL和本地窗口的绘图命令之间
• 管理“渲染资源”，比如纹理映射（Rendering map）

GLSL语言

• xcode中不支持GLSL语言对顶点/片元着色器的编译和连接，因此需要在项目中创建两个空文件，分别命名为shader.vsh和shaderv.fsh

• 使用vsh、fsh后缀的原因是方便区分着色器，其本质就是一个字符串（也可以使用其他后缀）
• 不建议在这两个文件中直接使用NSString，因为这样子会使代码结构不清晰，且不易读
• 不建议在这两个文件中加中文注释，因为可能会报奇怪的错误。由于在xcode中书写GLSL，完全是纯手写，没有任何提示，排查问题不好排查

数据类型及相关API

向量数据类型

常用的是vec2、vec3、vec4，默认是浮点类型

类型	描述
vec2, vec3, vec4	2分量、3分量、4分量浮点向量
ivec2, ivec3, ivec4	2分量、3分量、4分量整型向量
uvec2, uvec3, uvec4	2分量、3分量、4分量无符号整型向量
bvec2, bvec3, bvec4	2分量、3分量、4分量bool型向量

矩阵数据类型

最常用的是mat3、mat4

类型（mat列×行）	描述
mat2,mat2x2	两⾏两列
mat3,mat3x3	三行三列
mat4,mat4x4	四行四列
mat2x3	三行两列
mat2x4	四行两列
mat3x2	两行三列
mat3x4	四行三列
mat4x2	两行四列
mat4x3	三行四列

变量存储限定符

常用varying、attribute、uniform

• varying 修饰符：当需要将顶点着色器的数据传递到片元着色器时，两个着色器中一模一样的纹理坐标变量就需要它来修饰
• attribute 修饰符：数据只能从客户端中传递到顶点着色器，且只能在顶点着色器中使用
  • 修饰的数据：顶点、纹理、颜色、法线等
  • API通常以glVertex...开头，例如glVertexAttribPointer
  • 其中的纹理坐标，需要顶点着色器间接传递到片元着色器，需要在顶点与片元着色器中定义一个一模一样的纹理坐标，通过这个变量将纹理坐标数据间接传递到片元着色器，varying lowp vec2 varyTextCoord;
  • 顶点着色器计算之后的顶点结果需要赋值给GLSL的内建变量gl_Position

attribute vec4 position;
attribute vec2 textCoordinate;
varying lowp vec2 varyTextCoord;

void main()
{
    varyTextCoord = textCoordinate;
    gl_Position = position;
}

• uniform 修饰符：从app代码传递到vertex、fragment中所用的变量
  • 在vertex，fragment中一般将uniform当成常量
  • uniform可以传的数据：视图矩阵、投影矩阵、投影视图矩阵
  • API通常以·glUniform...·开头
  • 片元着色器中最终颜色，即拿到纹理对应坐标下的纹素。纹素是纹理对应像素点的颜色值，需要通过内建函数texture2D(纹理，纹理坐标)计算，将最终返回的颜色值赋值给内建变量gl_FragColor

//需要定义精度，否则可能会报错
precsion highp float;
//纹理坐标 必须与顶点着色器中一模一样,通过这个参数获取传递过来的值
varying lowp vec2 varyTextCoord;
//纹理 
uniform sampler2D colorMap;   

void main(){
    //1、拿到纹理对应坐标下的纹素。纹素是纹理对应像素点的颜色值
    lowp vec4 temp = texture2D(colorMap, varyTextCoord);
    
    //2、非常重要且必须的内建变量：gl_FragColor
    gl_FragColor = temp；
} 

限定符	描述
	只是普通的本地变量，外部不见，外部不可访问
const	⼀个编译常量，或者说是⼀个对函数来说为只读的参数
in/varying	从以前阶段传递过来的变量
in/varying centroid	⼀个从以前的阶段传递过来的变量，使⽤质⼼插值
out/attribute	传递到下⼀个处理阶段或者在⼀个函数中指定⼀个返回值
out/attribute centroid	传递到下⼀个处理阶段，质心插值
uniform	⼀个从客户端代码传递过来的变量，在顶点之间不做改变

OpenGL ES 错误处理

如果不正确使用OpenGL ES 命令，应用程序就会产生一个错误编码，且会被记录，可以用glGetError查询，一旦查询到错误代码，当前的错误代码就会复位为GL_NO_ERROR

错误代码	描述
GL_NO_ERROR	从上⼀次调⽤glGetError 以来没有生成任何错误
GL_INVALID_ENUM	GLenum 参数超出范围,忽略生成错误命令
GL_INVALID_VALUE	数值型 参数超出范围,忽略生成错误命令
GL_INVALID_OPERATION	特定命令在当前OpenGL ES 状态⽆法执⾏
GL_OUT_OF_MEMORY	内存不足时执⾏该命令,如果遇到这个错误,除⾮当前错误代码,否则OpenGL ES 管线的 状态被认为未定义

OpenGL ES 自定义着色器常用API

自定义着色器一般有以下步骤：

• 创建顶点着色器/片元着色器 --glCreateShader
• 指定shader的source --glShaderSource
• 编译shader --glCompileShader

以下是创建与编译一个着色器的相关API

着色器API.png

自定义程序

自定义程序一般有以下步骤：

• 创建一个程序对象 --glCreateProgram
• 着色器与程序连接/附着 --glAttachShader
• 链接程序 --glLinkProgram
• 使用程序 --glUseProgram

以下是创建与链接程序的相关API

创建与链接程序的相关API.png