【GLSL教程】（二）在OpenGL中使用GLSL

設定GLSL

這一節講述在OpenGL中配置GLSL，假設你已經寫好了頂點shader和畫素shader。如果你還沒有準備好，可以從如下網址獲得相關內容：

http://www.3dshaders.com/home/

http://www.opengl.org/sdk/tools/ShaderDesigner/

http://developer.amd.com/archive/gpu/rendermonkey/pages/default.aspx

在OpenGL中，GLSL的shader使用的流程與C語言相似，每個shader類似一個C模組，首先需要單獨編譯（compile），然後一組編譯好的shader連線（link）成一個完整程式。

這裡將忽略ARB擴充套件，只列舉OpenGL2.0的程式碼。建議使用GLEW庫：

http://glew.sourceforge.net/

下面的程式碼檢查OpenGL 2.0是否可用：

#include <GL/glew.h>
#include <GL/glut.h>

void main(int argc, char **argv)
{
    glutInit(&argc, argv);
    ...
    glewInit();

    if (glewIsSupported("GL_VERSION_2_0"))
        printf("Ready for OpenGL 2.0\n");
    else
    {
        printf("OpenGL 2.0 not supported\n");
        exit(1);
    }
    setShaders();

    glutMainLoop();
}

下圖顯示了建立shader的必要步驟，函式的具體使用方法將在下面各小結描述：

建立shader

下圖顯示了建立shader的步驟：

首先建立一個物件作為shader的容器，這個建立函式將返回容器的控制程式碼。

GLuint glCreateShader(GLenum shaderType);
引數：
·shaderType – GL_VERTEX_SHADER or GL_FRAGMENT_SHADER.

你可以建立許多shader，但記住所有的頂點shader只能有一個main函式，所有畫素shader也一樣。

下一步將新增原始碼。shader的原始碼是一個字串陣列，新增的語法如下：

void glShaderSource(GLuint shader, int numOfStrings, const char **strings, int *lenOfStrings);
引數：
·shader – the handler to the shader.
·numOfStrings – the number of strings in the array.
·strings – the array of strings.
·lenOfStrings – an array with the length of each string, or NULL, meaning that the strings are NULL terminated.

最後編譯shader：

void glCompileShader(GLuint shader);
引數：
•shader – the handler to the shader.

建立程式

下圖顯示了獲得一個可以執行的shader程式的步驟：

首先建立一個物件，作為程式的容器。此函式返回容器的控制程式碼。

GLuint glCreateProgram(void);

你可以建立任意多個程式，在渲染時，可以在不同程式中切換，甚至在某幀返回固定功能流水線。比如你想用折射和反射shader繪製一個茶杯，然後回到固定功能生成立方體環境貼圖（cube map）顯示背景。

下面將把上一節編譯的shader附加到剛剛建立的程式中。方法如下：

void glAttachShader(GLuint program, GLuint shader);
引數：
·program – the handler to the program.
·shader – the handler to the shader you want to attach.

如果同時有頂點shader和片斷shader，你需要把它們都附加到程式中。你可以把多個相同型別（頂點或畫素）的shader附加到一個程式中，如同一個C程式可以有多個模組一樣，但它們只能有一個main函式。

你也可以把一個shader附加到多個程式，比如你想在不同程式中使用某個相同的shader。

最後一步是連線程式。方法如下：

void glLinkProgram(GLuint program);
引數：
·program – the handler to the program.

在連線操作之後，shader的原始碼可以被修改並重編譯，並不會影響到整個程式。

程式連線後，可以呼叫glUseProgram來使用程式。每個程式都分配了一個控制程式碼，你可以事先連線多個程式以備使用。

void glUseProgram(GLuint prog);
引數：
·prog – the handler to the program you want to use, or zero to return to fixed functionality.

當一個程式被使用後，如果被再次連線，它將被自動替換並投入使用，所以沒有必要再次呼叫上面這個函式。如果使用的引數為0，表示將使用固定功能流水線。

 例子

下面的程式碼包含了上面描述的所有步驟，引數p,f,v是全域性的GLuint型變數。

void setShaders()
{
    char *vs,*fs;

    v = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    f = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);  

    vs = textFileRead("toon.vert");
    fs = textFileRead("toon.frag");

    const char *vv = vs;
    const char *ff = fs;

    glShaderSource(v, 1, &vv, NULL);
    glShaderSource(f, 1, &ff, NULL);

    free(vs);free(fs);

    glCompileShader(v);
    glCompileShader(f);

    p = glCreateProgram();

    glAttachShader(p, v);
    glAttachShader(p, f);

    glLinkProgram(p);
    glUseProgram(p);
}

GLUT版的完整例子如下：

http://lighthouse3d.com/wptest/wp-content/uploads/2011/03/glutglsl_2.0.zip

完整例子中包含了shader程式碼及文字檔案讀入程式。

 

錯誤處理

除錯shader是很困難的。目前還沒有像printf這樣的東西，雖然未來可能出現有除錯功能的開發工具。

編譯階段的狀態可以用如下函式獲得：

void glGetShaderiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
引數：
·object – the handler to the object. Either a shader or a program
·type – GL_COMPILE_STATUS.
·param – the return value, GL_TRUE if OK, GL_FALSE otherwise.

連線階段的狀態可以用如下函式獲得：

void glGetProgramiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
引數：
·object – the handler to the object. Either a shader or a program
·type – GL_LINK_STATUS.
·param – the return value, GL_TRUE if OK, GL_FALSE otherwise.

如果發生錯誤，就需要從InfoLog中找到更多的資訊。這個日誌儲存了最後一次操作的資訊，比如編譯時的警告、錯誤，連線時發生的各種問題。這個日誌甚至可以告訴你硬體是否支援你的shader。不幸的是InfoLog沒有一個規範，所以不同的驅動/硬體可能產生不同的日誌資訊。

為了獲得特定shader或程式的日誌，可以使用如下程式：

void glGetShaderInfoLog(GLuint object, int maxLen, int *len, char *log);
void glGetProgramInfoLog(GLuint object, int maxLen, int *len, char *log);
引數：
·object – the handler to the object. Either a shader or a program
·maxLen – The maximum number of chars to retrieve from the InfoLog.
·len – returns the actual length of the retrieved InfoLog.
·log – The log itself.

GLSL規範有必要在這裡進行一些改進：你必須知道接收InfoLog的長度。為了找到這個準確的值，使用下面的函式：

void glGetShaderiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
void glGetProgramiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
引數：
·object – the handler to the object. Either a shader or a program
·type – GL_INFO_LOG_LENGTH.
·param – the return value, the length of the InfoLog.

下面的函式可以用來列印InfoLog的內容：

void printShaderInfoLog(GLuint obj)
{
    int infologLength = 0;
    int charsWritten  = 0;
    char *infoLog;
 
    glGetShaderiv(obj, GL_INFO_LOG_LENGTH,&infologLength);
 
    if (infologLength > 0)
    {
        infoLog = (char *)malloc(infologLength);
        glGetShaderInfoLog(obj, infologLength, &charsWritten, infoLog);
        printf("%s\n",infoLog);
        free(infoLog);
    }
} 

void printProgramInfoLog(GLuint obj)
{
    int infologLength = 0;
    int charsWritten  = 0;
    char *infoLog;
 
    glGetProgramiv(obj, GL_INFO_LOG_LENGTH,&infologLength);
 
    if (infologLength > 0)
    {
        infoLog = (char *)malloc(infologLength);
        glGetProgramInfoLog(obj, infologLength, &charsWritten, infoLog);
        printf("%s\n",infoLog);
        free(infoLog);
    }
}

清理

前面的小節講到了附加一個shader到一個程式中，這裡的呼叫是將shader從程式中分離：

void glDetachShader(GLuint program, GLuint shader);
引數：
·program – The program to detach from.
·shader – The shader to detach.

注意，只有沒有附加到任何程式的shader可以被刪除，刪除shader和程式的呼叫如下：

void glDeleteShader(GLuint id);
void glDeleteProgram(GLuint id);
引數：
·id – The hanuler of the shader or program to delete.

如果一個shader還附加在某個程式中，這個shader並不能真正刪除，只能標記為刪除。當這個shader從所有程式中分離之後，才會被最終刪除。