Shader笔记1 - 入门


        本文主要介绍cocos2d-x如何使用OpenGL实现着色器程序,介绍可以通过GLSL语言实现的两类着色器:顶点着色器和片段着色器。

使用OpenGL ES 编写Shader文件

       OpenGL Shader Language,简称GLSL,它是一种类似于C语言的专门为GPU设计的语言,它可以放在GPU里面被并行运行。

        cocos2d-x里Shader包含两个文件:***.vert和***.frag文件。在工程../cocos2d/cocos/renderer/里,包含了一批cocos自带的shader文件。

***.vert文件是作用于每一个顶点。渲染节点中包含多少个顶点,vert文件就执行多少次。

***.frag文件是定义最终显示在屏幕上每个像素点的颜色。

Shader代码可以以.vert和.frag文件的方式存储,也可以直接以字符串的方式存储在代码中。


编写Vertex Shader和Fragment Shader

首先创建一个VertexShader文件,把它命名为VertextShader.vert, 并输入下列代码:

//attribute是协定好的参数,不应该去修改它的命名,否则引擎不能正常渲染。

attribute vec4 a_position;      //顶点坐标

attribute vec4 a_color;           //顶点颜色

//attribute vec2 a_texCoord;  //纹理坐标

//varying输出到片段着色器的参数

varying vec4 v_fragmentColor;  //顶点颜色

void main()

{   

        gl_Position = CC_MVPMatrix * a_position;

        v_fragmentColor = a_color;

}  

首先,每一个Shader程序都有一个main函数,这一点和c语言是一样的。

这里面有两种类型的变量,一种是attribute,另一种是varying。

attribute是从外部传进来的,每一个顶点都会有这两个属性,所以它也叫做vertex attribute(顶点属性)。

而varying类型的变量是在vertex shader和fragment shader之间传递数据用的。

这里的变量命名规则保持跟c一样就行了,注意gl_开头的变量名是系统内置的变量,所以大家在定义自己的变量名时,请不要以gl_开头。

而CC_MVPMatrix是一个mat4类型的变量,它是在cocos2d-x内部设置进来的。

即:

attribute:外部传入vsh文件的变量 每帧的渲染的可变参数 变化率高 用于定义每个点。

varying:用于 vsh和fsh之间相互传递的参数。

precision mediump float 定义中等精度的浮点数。

uniform 外部传入vsh文件的变量 变化率较低 对于可能在整个渲染过程没有改变 只是个常量。

vertex shader是作用于每一个顶点的,如果vertex有三个点,那么vertex shader会被执行三次。


接下来编写Fragment Shader文件,创建一个命名为FragmentShader.frag的文件, 并输入下列代码:

varying vec4 v_fragmentColor;   //由顶点着色器传过来,参数类型必须完全相同

void main()

{

    gl_FragColor = v_fragmentColor;

}

fragment shader中也有一个main函数,同时我们看到这里也声明了一个与vertex shader相同的变量。

这个变量是用来在vertex shader和fragment shader之间传递数据用的。所以,它们的参数类型必须完全相同。

而gl_FragColor我们知道它肯定是一个系统内置变量了,它的作用是定义最终画在屏幕上面的像素点的颜色。


最后,添加到cocos2d-x的shader progam的代码:

//精灵

auto splash = Sprite::create("HelloWorld.png");

splash->setPosition(100, 100);

this->addChild(splash, 1);

//vert:顶点着色器  frag:片段着色器

auto glprogram = GLProgram::createWithFilenames("VertextShader.vert", "FragmentShader.frag");

auto glprogramstate = GLProgramState::getOrCreateWithGLProgram(glprogram);

//设置GL状态

splash->setGLProgramState(glprogramstate);


GLProgramState持有GL编程的状态(制服和属性).

一个GL编程可以被上千个节点(Nodes)使用,但如果不同的制服值被使用,各个节点将需要自己的GLProgramState。

GLProgram是通用的,而GLProgramState是每个Node私有的状态.


基本概念:

GLSL的变量的限定符的作用

uniform      表明是外部程序传递给顶点着色器和片段着色器的变量

attribute    表明是只能在顶点着色器使用的变量,用来表示顶点坐标,法线,纹理坐标。

                   cocos2d-x里通过GL::enableVertexAttribs开启设置

varying      表明是用于顶点着色器和片段着色器之间传递数据之用

数据类型

OpenGL 着色语言规格定义了 22 个基本资料类型,有些用法与 C 相同,其它的是绘图处理器特有的。

void – 用于没有返回值的函式

bool – 条件类型,其值可以是真或假

int – 带负号整数

float – 浮点数

vec2 – 2 个浮点数组成的向量

vec3 – 3 个浮点数组成的向量

vec4 – 4 个浮点数组成的向量

bvec2 – 2 个布林组成的向量

bvec3 – 3 个布林组成的向量

bvec4 – 4 个布林组成的向量

ivec2 – 2 个整数组成的向量

ivec3 – 3 个整数组成的向量

ivec4 – 4 个整数组成的向量

mat2 – 浮点数的 2X2 矩阵

mat3 – 浮点数的 3X3 矩阵

mat4 – 浮点数的 4X4 矩阵

sampler1D – 用来存取一维纹理的句柄(handle)(或:操作,作名词解。)

sampler2D – 用来存取二维纹理的句柄

sampler3D – 用来存取三维纹理的句柄

samplerCube – 用来存取立方映射纹理的句柄

sampler1Dshadow – 用来存取一维深度纹理的句柄

sampler2Dshadow – 用来存取二维深度纹理的句柄


总结:

对于着色器的编程并不是很困难,完全是C的语法。但是debug比较麻烦,对于类型的约束也很严格,必须是相同类型的才能进行算术运算。我们理解了这两个文件之后,就可以发挥我们的想象对纹理图片做出各种的处理。

vsh 负责搞定像素位置 ,填写  gl_Posizion 变量,偶尔搞定一下点大小的问题,填写 gl_PixelSize。

fsh 负责搞定像素外观,填写 gl_FragColor ,偶尔配套填写另外一组变量。

他们都是一个像素运行一次的,也可能运行多次。为了“这一像素”而努力计算。



参考资料:https://zilongshanren.com/blog/2014-06-07-write-your-own-shader.html

Shader基本概念资料:http://www.voidcn.com/blog/bianchengxiaosheng/article/p-5805302.html

GLES语言内建函数资料:http://blog.csdn.net/wangyuchun_799/article/details/7770500

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