OpenGL ES GLSL语言 & 自定义着色器常用API

OpenGL ES GLSL语言

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
  • 是否可以直接使用NSString？并不建议这样做，因为代码结构不清晰，不易读
  • 这两个文件中是否可以加中文注释？不建议加中文注释，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

下面是一些类型及API的总结

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：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：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

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

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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

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着色器与程序的 编译 & 链接

• 需要创建2个基本对象才能使用着色器进行传染：着色器对象和程序对象
• 获取链接后着色器对象一般的编译&链接分为6步：
  • 创建一个顶点着色器对象和一个片元着色器对象
  • 将源代码链接到每个着色器对象
  • 编译着色器对象
  • 创建一个程序对象
  • 将编译后的着色器对象连接到程序对象
  • 链接程序对象