GPU编程入门（一）

全文摘自 《 GPU Programming And Cg Language Primer 1rd Edition》 康玉之

 Shader Language目前有三种语言： 基于OpenGL的GLSL、基于Direct3D的HLSL、NVIDIA公司的Cg。
 使用  Shader Language编写的程序称之为shader program。着色程序分为两类：vertex shader program和fragment  shader program
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GPU上有两个组件：Programmable Vertex Process(可编程顶点处理器，又称顶点着色器)
                                 Programmable Fragment Process(可编程片段处理器，又称片段着色器)

顶点和片段处理器被分离成可编程单元
可编程顶点处理 器 是一个硬件单元，可以运行顶点程序————顶点程序运行在顶点处理器上
可编程片段处理器 是一个可以运行片段程序的单元。————片段程序运行在片段处理器上

Vertex program 负责顶点坐标变换；
Fragment program 负责像素颜色计算；——————前者的输出是后者的输入

顶点和片段处理器都拥有非常强大的并行计算能力，并且非常擅长于矩阵 （不高于4 阶）计算，片段处理器还可以高速查询纹理信息（目前顶点处理器还 不行，这是顶点处理器的一个发展方向）。

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可编程图形硬件输入\输出

顶点着色程序从GPU 前端模块（寄存器）中提取图元信息（顶点位置、法 向量、纹理坐标等），并完成顶点坐标空间转换、法向量空间转换、光照计算等 操作，最后将计算好的数据传送到指定寄存器中；

然后
片断着色程序从中获取需 要的数据，通常为“纹理坐标、光照信息等”，并根据这些信息以及从应用程序传 递的纹理信息（如果有的话）进行每个片断的颜色计算，最后将处理后的数据送 光栅操作模块。

图元信息（顶点位置坐标、颜色、纹理坐标等）传递到vertex buffer 中；
纹 理信息传递到texture buffer 中

也可以只有顶点着色程序。如果只有顶点着色程序，那么只 对输入的顶点进行操作，而顶点内部的点则按照硬件默认的方式自动插值。

片断着色程序是对每个片断进行独立的颜色计算，并且算法由自己编写， 不但可控性好，而且可以达到更好的效果。

由于GPU 对数据进行并行处理，所以每个数据都会执行一次shader 程序程 序。
即，每个顶点数据都会执行一次顶点程序；每个片段都会执行一次片段程序。

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顶点着色程序主要进行几何方面的运算
片 段着色程序主要针对最终的颜色值进行计算。

片段着色程序还有一个突出的特点是：拥有检索纹理的能力。对于GPU 而言， 纹理等价于数组，这意味着，如果要做通用计算，例如数组排序、字符串检索等， 就必须使用到片段着色程序。让顶点着色器也拥有检索纹理的能力，是目前的一 个研究方向。
 （蓝色字体为不懂的地方，如果可以帮忙答疑解惑，请留言告知，十分感谢！）
 

附： 什么是片断？片断和像素有什么不一样？所谓片断就是所有的三维顶点 在光栅化之后的数据集合，这些数据还没有经过深度值比较，而屏幕显示的像素 都是经过深度比较的。

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GLSL\HLSL\Cg各自特点
GLSL 与HLSL 分别提基于OpenGL 和Direct3D 的接口，两者不能混用
GLSL：
ATI 系列显卡对OpenGL 扩展支持不够 ，例如在使用OSG（Open Scene Graphic）开源图形引擎时，由于该引擎完全基于OpenGL，导致其上编写的3D 仿真程序在较老的显卡上常常出现纹理无法显示的问题
  GLSL 的语法体系 自成一家，而HLSL 和Cg 语言的语法基本相同，这就意味着，只要学习HLSL 和Cg 中的任何一种，就等同于学习了两种语言。

GLSL继承了OpenGL 的良好移植性，一度在unix 等操作系统上独领风骚（已是曾经 的往事）。
HLSL：
微软的HLSL 移植性较差  

  HLSL 多半都是用于游戏领域。我可以负责任的断言， 在Shader language 领域，HLSL 可以凭借微软的老本成为割据一方的诸侯，但， 决不可能成为君临天下的霸主。

Cg:
Cg 是一个可以被OpenGL 和Direct3D 广泛支持的图形处理器编程语 言。

Cg 语言是Microsoft 和NVIDIA 相互协作在标准硬件光照语言的语法 和语义上达成了一致  

尽管目前还有一些关于Cg 和GLSL 之间的争议，不过主流 的3D 图形厂家都开始支持Cg 语言。