OpenGL/OpenGL ES入門： 渲染流程以及固定儲存著色器

佐籩發表於2019-05-14

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本篇目標

  • OpenGL 渲染流程圖解析

  • OpenGL 固定儲存著⾊器理解

OpenGL渲染流程

OpenGL渲染流程圖

正如上圖所表示的，管線分為上下2部分，上半部分時客戶端，下半部分為伺服器端。 伺服器端和客戶端時功能和執行上都是非同步的，它們是各自獨立的軟體塊和硬體塊。

在可程式設計管線中，我們能夠編碼的就是Vertex Shader(頂點著色器) 和 Fragment Shader(片元著色器)，這也是渲染過程中，必備的2個著色器。

Vertex Shader處理從客戶端輸入的資料、應用變換、進行其他的型別的數學運算來計算光照效果、位移、顏色值等。為了渲染共有3個頂點的三角形，Vertex Shader將執行3次，也就是為了每個頂點執行一次。

圖中的Primitive Assembly說明3個頂點已經組合在一起，而三角形也已經逐個片段的進行了光柵化。每個片段通過執行Fragment Shader進行填充。Fragment Shader會輸出我們將螢幕上看到的最終顏色值。

  • 屬性： 就是一個對每個頂點都要作改變的資料元素。實際上，頂點位置本身就是一個屬性。屬性可以是浮點數、整數或布林資料。

  • Uniform值： 通常設定Uniform變數就緊接著發出渲染一個圖元批次的命令。可以無限制的使用。設定一個應用於整個表面的單個顏色值，還可以設定一個時間值。可以是浮點數、整數或布林資料。

  • 紋理資料： Vertex Shader和Fragment Shader都可以對紋理值進行取樣和篩選。紋理資料的作用並不僅僅是表現圖形(後期詳解)。

  • 輸出： 輸出資料是作為一個階段著色器的輸出定義的，而在後續階段的著色器則是作為輸入(in)定義的。輸出型別的資料可以簡單地從一個階段傳遞到下一個階段，也可以以不同的方式插入。客戶端程式碼接觸不到的變數。

3種想OpenGL著色器傳遞渲染資料的方法：
1、屬性
2、Uniform值
2、紋理

注意點： Attributes不能夠直接傳遞給Fragment Shader，如果需要傳遞給Fragment Shader，則需要通過Vertex Shader間接的傳遞過去。而 Unifrom和Texture Data可以直接傳遞給Vertex Shader和Fragment Shader具體怎麼傳遞，依需求而定。

固定儲存著色器的分類

儲存著色器的使用

GLShaderManager的初始化

// GLShaderManager初始化
GLShaderManager shaderManager;
shaderManager.InitializeStockShaders();
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單位(Identity)著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_IDENTITY, GLfloat vColor[4]);
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單位著色器：只是簡單地使用預設笛卡爾座標系(範圍-1.0～1.0)。所有的片段都應用同一種顏色，幾何圖形為實心和未渲染的。
引數1:儲存著色器種類 - 單元著色器
引數2:顏色

平面(Flat)著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, FLfloat mvp[16], GLfloat vColor[4]);
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平面著色器：將統一著色器進行了擴充套件，允許為幾何圖形變換指定一個4x4變換矩陣。在繪製時，可以應用變換(模型/投影變化)。
引數1:儲存著色器種類 - 平面著色器
引數2:允許變化的4x4矩陣
引數3:顏色

上色(Shaded)著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_SHADED, GLfloat mvp[16]);
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上色著色器：這種著色器唯一的uniform值就是在幾何圖形種應用的變換矩陣。GLT_ATTRIBUTE_VERTEX(頂點分量)和GLT_ATTRIBUTE_COLOR(顏色分量)在這種著色器中都會使用。顏色值將被平滑地插入頂點之間(稱為平滑著色)。
引數1:儲存著色器種類 - 上色著色器
引數2:允許變化的4x4矩陣

預設光源著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_DEFAULT_LIGHT, FLfloat mvMatrix[16],GLfloat pMatrix[16], GLfloat vColor[4]);
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預設光源著色器：使物件產生陰影和光照的效果。需要設定儲存著色器的GLT_ATTRIBUTE_VERTEX(頂點分量)和GLT_ATTRIBUTE_NORMAL(表面法線)。
引數1:儲存著色器種類 - 預設光源著色器
引數2:模型4x4矩陣
引數3:投影4x4矩陣
引數4:顏色

點光源著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, FLfloat mvMatrix[16],GLfloat pMatrix[16],GLfloat vLightPos[3], GLfloat vColor[4]);
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點光源著色器：點光源著色器和預設光源著色器很相似，但是光源位置可能是特定的。同樣需要設定儲存著色器的GLT_ATTRIBUTE_VERTEX(頂點分量)和GLT_ATTRIBUTE_NORMAL(表面法線)。
引數1:儲存著色器種類 - 點光源著色器
引數2:模型4x4矩陣
引數3:投影4x4矩陣
引數4:點光源的位置
引數5:顏色

紋理替換矩陣著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_REPLACE, GLfloat mvpMatrix[16], GLint nTextureUnit);
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紋理替換矩陣著色器：通過給定的模型檢視投影矩陣，使繫結到nTextureUnit指定的紋理單元的紋理對幾何圖形進行變換。片段顏色時直接從紋理樣本中直接獲取的。所需的屬性有GLT_ATTRIBUTE_VERTEX(頂點分量)和GLT_ATTRIBUTE_NORMAL(表面法線)。 引數1:儲存著色器種類 - 紋理替換矩陣著色器 引數2:模型4x4矩陣 引數3:紋理單元

紋理調整著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_MODULATE, GLfloat mvpMatrix[16], GLfloat vColor, GLint nTextureUnit);
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紋理調整著色器：將一個基本色乘以一個取自紋理單元nTextureUnit的紋理。所需的屬性有GLT_ATTRIBUTE_VERTEX(頂點分量)和GLT_ATTRIBUTE_TEXTURE0(紋理座標)。
引數1:儲存著色器種類 - 紋理調整著色器
引數2:模型4x4矩陣
引數3:顏色值
引數4:紋理單元

紋理光源著色器

GLShaderManager::UseStockShader(GLT_SHADER_TEXTURE_POINT_LIGHT_DIFF, GLfloat mvMatrix, GLfloat pMatrix[16], GLfloat vLightPos[3], GLfloat vBaseColor[4], GLint nTextureUnit);
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紋理光源著色器：將一個紋理通過漫反射照明計算進行調整(相乘)，廣西在視覺空間中的位置是給定的，這種著色器接受5個Uniform值，即模型檢視矩陣、投影矩陣、視覺空間中的光源位置、幾何圖形的基本色和將要使用的紋理單元。 所需的屬性有GLT_ATTRIBUTE_VERTEX(頂點分量)、GLT_ATTRIBUTE_TEXTURE0(紋理座標)和GLT_ATTRIBUTE_NORMAL(表面法線)。
引數1:儲存著色器種類 - 紋理光源著色器
引數2:模型4x4矩陣
引數3:投影4x4矩陣
引數4:點光源位置
引數5:顏色值(幾何圖形的基本色)
引數6:紋理單元

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