GLSL的變量命名方式與C語言類似。變量的名稱可以使用字母,數字以及下劃線,但變量名不能以數字開頭,還有變量名不能以gl_作為前綴,這個是GLSL保留的前綴,用於GLSL的內部變量。當然還有一些GLSL保留的名稱是不能夠作為變量的名稱的。
除了布爾型,整型,浮點型基本類型外,GLSL還引入了一些在著色器中經常用到的類型作為基本類型。這些基本類型都可以作為結構體內部的類型。如下表:
結構體
結構體可以組合基本類型和數組來形成用戶自定義的類型。在定義一個結構體的同時,你可以定義一個結構體實例。或者後面再定義。
struct surface {float indexOfRefraction; vec3 color;float turbulence; } mySurface; surface secondeSurface;
你可以通過=為結構體賦值,或者使用 ==,!=來判斷兩個結構體是否相等。
mySurface = secondSurface;
mySurface == secondSurface;
只有結構體中的每個成分都相等,那麼這兩個結構體才是相等的。訪問結構體的內部成員使用. 來訪問。
vec3 color = mySurface.color + secondSurface.color;
結構體至少包含一個成員。固定大小的數組也可以被包含在結構體中。GLSL的結構體不支持嵌套定義。只有預先聲明的結構體可以嵌套其中。
struct myStruct { vec3 points[3]; //固定大小的數組是合法的 surface surf; //可以,之前已經定義了 struct velocity { //不合法float speed; vec3 direction; } velo; subSurface sub; //不合法,沒有預先聲明;};struct subSurface { int id; };
GLSL中只可以使用一維的數組。數組的類型可以是一切基本類型或者結構體。下面的幾種數組聲明是合法的:
surface mySurfaces[]; vec4 lightPositions[8]; vec4 lightPos[] = lightPositions;const int numSurfaces = 5; surface myFiveSurfaces[numSurfaces];float[5] values;
指定顯示大小的數組可以作為函數的參數或者使返回值,也可以作為結構體的成員.數組類型內建了一個length()函數,可以返回數組的長度。
lightPositions.length() //返回數組的大小 8
最後,你不能定義數組的數組。
變量的聲明可以使用如下的修飾符。
修飾符 描述 const 常量值必須在聲明是初始化。它是只讀的不可修改的。 attribute 表示只讀的頂點數據,只用在頂點著色器中。數據來自當前的頂點狀態或者頂點數組。它必須是全局范圍聲明的,不能再函數內部。一個attribute可以是浮點數類型的標量,向量,或者矩陣。不可以是數組或則結構體 uniform 一致變量。在著色器執行期間一致變量的值是不變的。與const常量不同的是,這個值在編譯時期是未知的是由著色器外部初始化的。一致變量在頂點著色器和片段著色器之間是共享的。它也只能在全局范圍進行聲明。 varying 頂點著色器的輸出。例如顏色或者紋理坐標,(插值後的數據)作為片段著色器的只讀輸入數據。必須是全局范圍聲明的全局變量。可以是浮點數類型的標量,向量,矩陣。不能是數組或者結構體。 centorid varying 在沒有多重采樣的情況下,與varying是一樣的意思。在多重采樣時,centorid varying在光柵化的圖形內部進行求值而不是在片段中心的固定位置求值。 invariant (不變量)用於表示頂點著色器的輸出和任何匹配片段著色器的輸入,在不同的著色器中計算產生的值必須是一致的。所有的數據流和控制流,寫入一個invariant變量的是一致的。編譯器為了保證結果是完全一致的,需要放棄那些可能會導致不一致值的潛在的優化。除非必要,不要使用這個修飾符。在多通道渲染中避免z-fighting可能會使用到。 in 用在函數的參數中,表示這個參數是輸入的,在函數中改變這個值,並不會影響對調用的函數產生副作用。(相當於C語言的傳值),這個是函數參數默認的修飾符 out 用在函數的參數中,表示該參數是輸出參數,值是會改變的。 inout 用在函數的參數,表示這個參數即是輸入參數也是輸出參數。
內置變量可以與固定函數功能進行交互。在使用前不需要聲明。頂點著色器可用的內置變量如下表:
名稱 類型 描述 gl_Color vec4 輸入屬性-表示頂點的主顏色 gl_SecondaryColor vec4 輸入屬性-表示頂點的輔助顏色 gl_Normal vec3 輸入屬性-表示頂點的法線值 gl_Vertex vec4 輸入屬性-表示物體空間的頂點位置 gl_MultiTexCoordn vec4 輸入屬性-表示頂點的第n個紋理的坐標 gl_FogCoord float 輸入屬性-表示頂點的霧坐標 gl_Position vec4 輸出屬性-變換後的頂點的位置,用於後面的固定的裁剪等操作。所有的頂點著色器都必須寫這個值。 gl_ClipVertex vec4 輸出坐標,用於用戶裁剪平面的裁剪 gl_PointSize float 點的大小 gl_FrontColor vec4 正面的主顏色的varying輸出 gl_BackColor vec4 背面主顏色的varying輸出 gl_FrontSecondaryColor vec4 正面的輔助顏色的varying輸出 gl_BackSecondaryColor vec4 背面的輔助顏色的varying輸出 gl_TexCoord[] vec4 紋理坐標的數組varying輸出 gl_FogFragCoord float 霧坐標的varying輸出片段著色器的內置變量如下表:
名稱 類型 描述 gl_Color vec4 包含主顏色的插值只讀輸入 gl_SecondaryColor vec4 包含輔助顏色的插值只讀輸入 gl_TexCoord[] vec4 包含紋理坐標數組的插值只讀輸入 gl_FogFragCoord float 包含霧坐標的插值只讀輸入 gl_FragCoord vec4 只讀輸入,窗口的x,y,z和1/w gl_FrontFacing bool 只讀輸入,如果是窗口正面圖元的一部分,則這個值為true gl_PointCoord vec2 點精靈的二維空間坐標范圍在(0.0, 0.0)到(1.0, 1.0)之間,僅用於點圖元和點精靈開啟的情況下。 gl_FragData[] vec4 使用glDrawBuffers輸出的數據數組。不能與gl_FragColor結合使用。 gl_FragColor vec4 輸出的顏色用於隨後的像素操作 gl_FragDepth float 輸出的深度用於隨後的像素操作,如果這個值沒有被寫,則使用固定功能管線的深度值代替
GLSL語言的操作符與C語言相似。如下表(操作符的優先級從高到低排列)
操作符 描述 () 用於表達式組合,函數調用,構造 [] 數組下標,向量或矩陣的選擇器 . 結構體和向量的成員選擇 ++ -- 前綴或後綴的自增自減操作符 + – ! 一元操作符,表示正 負 邏輯非 * / 乘 除操作符 + - 二元操作符 表示加 減操作 <> <= >= == != 小於,大於,小於等於, 大於等於,等於,不等於 判斷符 && || ^^ 邏輯與 ,或, 異或 ?: 條件判斷符 = += –= *= /= 賦值操作符 , 表示序列像 求地址的& 和 解引用的 * 操作符不再GLSL中出現,因為GLSL不能直接操作地址。類型轉換操作也是不允許的。 位操作符(&,|,^,~, <<, >> ,&=, |=, ^=, <<=, >>=)是GLSL保留的操作符,將來可能會被使用。還有求模操作(%,%=)也是保留的。
數組的下標從0開始。合理的范圍是[0, size - 1]。跟C語言一樣。如果數組訪問越界了,那行為是未定義的。如果著色器的編譯器在編譯時知道數組訪問越界了,就會提示編譯失敗。
vec4 myColor, ambient, diffuse[6], specular[6];
myColor = ambient + diffuse[4] + specular[4];
構造函數可以用於初始化包含多個成員的變量,包括數組和結構體。構造函數也可以用在表達式中。調用方式如下:
vec3 myNormal = vec3(1.0, 1.0, 1.0);
greenTint = myColor + vec3(0.0, 1.0, 0.0);
ivec4 myColor = ivec4(255);
還可以使用混合標量和向量的方式來構造,只要你的元素足以填滿該向量。
vec4 color = vec4(1.0, vec2(0.0, 1.0), 1.0);
vec3 v = vec3(1.0, 10.0, 1.0);
vec3 v1 = vec3(v);
vec2 fv = vec2(5.0, 6.0);
float f = float(fv); //用x值2.5構造,y值被捨棄
對於矩陣,OpenGL中矩陣是列主順序的。如果只傳了一個值,則會構造成對角矩陣,其余的元素為0.
mat3 m3 = mat3(1.0);
構造出來的矩陣式:
1.0 0.0 0.0
0.0 1.0 0.0
0.0 0.0 1.0
mat2 matrix1 = mat2(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
mat2 matrix2 = mat2(vec2(1.0, 0.0), vec2(0.0, 1.0));
mat2 matrix3 = mat2(1.0);
mat2 matrix4 = mat2(mat4(2.0)); //會取 4x4矩陣左上角的2x2矩陣。
構造函數可以用於標量數據類型的轉換。GLSL不支持隱式或顯示的轉換,只能通過構造函數來轉。其中int轉為float值是一樣的。float轉為int則小數部分被丟棄。int或float轉為bool,0和0.0轉為false,其余的值轉為true. bool轉為int或float,false值轉為0和0.0,true轉為1和1.0.
float f = 1.7;
int I = int(f); // I = 1
數組的初始化,可以在構造函數中傳入值來初始化數組中對應的每一個值。
ivec2 position[3] = ivec2[3]((0,0), (1,1), (2,2));
ivec2 pos2[3] = ivec2[]((3,3), (2,1), (3,1));
構造函數也可以對結構體進行初始化。其中順序和類型要一一對應。
struct surface { int index; vec3 color; float rotate; }; surface mySurface = surface(3, vec3(red, green, blue), 0.5);
向量中單獨的成分可以通過{x,y,z,w},{r,g,b,a}或者{s,t,p,q}的記法來表示。這些不同的記法用於頂點,顏色,紋理坐標。在成分選擇中,你不可以混合使用這些記法。其中{s,t,p,q}中的p替換了紋理的r坐標,因為與顏色r重復了。下面是用法舉例:
vec3 myVec = {0.5, 0.35, 0.7};float r = myVec.r;float myYz = myVec.yz;float myQ = myVec.q;//出錯,數組越界訪問,q代表第四個元素float myRY = myVec.ry; //不合法,混合使用記法
較特殊的使用方式,你可以重復向量中的元素,或者顛倒其順序。如:
vec3 yxz = myVec.yxz; //調換順序vec4 mySSTT = myVec.sstt; //重復其中的值
在賦值是,也可以選擇你想要的順序,但是不能重復其中的成分。
vec4 myColor = {0.0, 1.0, 2.0, 1.0}; myColor.x = -1.0; myColor.yz = vec2(3.0, 5.0); myColor.wx = vec2(1.0, 3.0); myColor.zz = vec2(2.0, 3.0); //不合法
我們也可以通過使用下標來訪問向量或矩陣中的元素。如果越界那行為將是未定義的。
float myY = myVec[1];
在矩陣中,可以通過一維的下標來獲得該列的向量(OpenGL的矩陣是列主順序的)。二維的小標來獲得向量中的元素。
mat3 myMat = mat3(1.0); vec3 myVec = myMat[0]; //獲得第一列向量 1.0, 0.0, 0.0float f = myMat[0][0]; // 第一列的第一個向量。
與C和C++相似,GLSL語言也提供了for, while, do/while的循環方式。使用continue跳入下一次循環,break結束循環。
for (l = 0; l < numLights; l++) {if (!lightExists[l])continue; color += light[l]; }while (i < num) { sum += color[i]; i++; }do{ color += light[lightNum]; lightNum--; }while (lightNum > 0)
color = unlitColor;if (numLights > 0) { color = litColor; }else{ color = unlitColor; }
片段著色器中有一種特殊的控制流成為discard。使用discard會退出片段著色器,不執行後面的片段著色操作。片段也不會寫入幀緩沖區。
if (color.a < 0.9)
discard;
在每個shader中必須有一個main函數。main函數中的void參數是可選的,但返回值是void時必須的。
void main(void) { ... }
GLSL中的函數,必須是在全局范圍定義和聲明的。不能在函數定義中聲明或定義函數。函數必須有返回類型,參數是可選的。參數的修飾符(in, out, inout, const等)是可選的。
//函數聲明bool isAnyNegative(const vec4 v);//函數調用void main(void) {bool isNegative = isAnyNegative(gl_Color); ... }//定義bool isAnyNegative(const vec4 v) {if (v.x < 0.0 || v.y < 0.0 || v.z < 0.0 || v.w < 0.0)return true;elsereturn false; }
結構體和數組也可以作為函數的參數。如果是數組作為函數的參數,則必須制定其大小。在調用傳參時,只傳數組名就可以了。
vec4 sumVectors(int sumSize, vec4 v[10]);void main() { vec4 myColors[10]; ... vec4 sumColor = sumVectors(5, myColors); } vec4 sumVectors(int sumSize, vec4 v[10]) {int i = 0; vec4 sum = vec4(0.0);for(; i < sumSize; ++i) { sum += v[i]; }return sum; }
GLSL的函數是支持重載的。函數可以同名但其參數類型或者參數個數不同即可。
float sum(float a, float b) {return a + b; } vec3 sum(vec3 v1, vec3 v2) {return v1 + v2; }
GLSL中函數遞歸是不被允許的。其行為是未定義的。
GLSL中提供了許多內建的函數,來方便我們的使用。可以在官方手冊中查找相關的函數http://www.opengl.org/sdk/docs/man/
GLSL指南 http://www.opengl.org/registry/doc/GLSLangSpec.Full.1.20.8.pdf
OpenGL超級寶典 第4版 中文版PDF+英文版+源代碼 見 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-10/91413.htm
OpenGL編程指南(原書第7版)中文掃描版PDF 下載 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/67925.htm
OpenGL 渲染篇 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-10/45756.htm
Ubuntu 13.04 安裝 OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2013-05/84815.htm
OpenGL三維球體數據生成與繪制【附源碼】 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-04/83235.htm
Ubuntu下OpenGL編程基礎解析 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-03/81675.htm
如何在Ubuntu使用eclipse for c++配置OpenGL http://www.linuxidc.com/Linux/2012-11/74191.htm
更多《OpenGL超級寶典學習筆記》相關知識 見 http://www.linuxidc.com/search.aspx?where=nkey&keyword=34581