OpenGL/OpenGL ES可编程管线——顶点着色器与片元着色器
2023-11-29 19:01:33
前言
在之前的文章中，我们讨论了OpenGL/OpenGL ES的固定管线。固定管线是一种将图形渲染过程固定的流水线式架构，开发者只能通过设置一些参数来控制渲染过程，而不能直接干预渲染的细节。
可编程管线是OpenGL/OpenGL ES中的一种新的渲染架构，它允许开发者通过编写着色器程序来完全控制顶点渲染和像素渲染的过程。着色器程序是一种特殊的程序，它可以在图形渲染过程中执行，并修改顶点数据和像素颜色。
可编程管线为开发者提供了更大的灵活性，可以实现更复杂和逼真的图形效果。然而，可编程管线也对开发者的编程能力提出了更高的要求。
可编程管线的组成
可编程管线由以下几个阶段组成：
- 顶点着色器阶段：顶点着色器程序在这个阶段执行，它可以修改顶点数据，例如顶点的位置、颜色和纹理坐标。
- 几何着色器阶段：几何着色器程序在这个阶段执行，它可以生成新的顶点，并修改现有顶点的数据。
- 光栅化阶段：光栅化阶段将顶点数据转换成像素数据。
- 片元着色器阶段：片元着色器程序在这个阶段执行，它可以修改像素颜色，并执行一些特殊效果，如雾化、透明混合等。
- 合并阶段：合并阶段将多个片元颜色合并成一个最终颜色。
- 深度测试阶段：深度测试阶段丢弃被遮挡的片元。
- 模板测试阶段：模板测试阶段丢弃不符合模板条件的片元。
- 混合阶段：混合阶段将最终颜色与当前帧缓冲区中的颜色混合。
顶点着色器
顶点着色器程序在顶点着色器阶段执行，它可以修改顶点数据，例如顶点的位置、颜色和纹理坐标。
顶点着色器程序通常用GLSL（OpenGL Shading Language）语言编写。GLSL是一种类似于C语言的编程语言，它专门用于编写着色器程序。
顶点着色器程序可以接收顶点数据作为输入，并输出修改后的顶点数据。顶点数据通常包含顶点的位置、颜色、纹理坐标和法线向量等信息。
顶点着色器程序可以执行各种操作，例如：
- 改变顶点的位置。
- 改变顶点的颜色。
- 改变顶点的纹理坐标。
- 计算顶点的法线向量。
- 计算顶点的切线向量。
- 计算顶点的二叉法线向量。
顶点着色器程序可以用来实现各种效果，例如：
- 变形效果。
- 动画效果。
- 纹理映射效果。
- 光照效果。
- 阴影效果。
- 反射效果。
- 折射效果。
片元着色器
片元着色器程序在片元着色器阶段执行，它可以修改像素颜色，并执行一些特殊效果，如雾化、透明混合等。
片元着色器程序通常也用GLSL语言编写。
片元着色器程序可以接收片元数据作为输入，并输出修改后的片元颜色。片元数据通常包含片元的位置、颜色和纹理坐标等信息。
片元着色器程序可以执行各种操作，例如：
- 改变片元颜色。
- 执行雾化效果。
- 执行透明混合效果。
- 执行裁剪效果。
- 执行深度测试效果。
- 执行模板测试效果。
片元着色器程序可以用来实现各种效果，例如：
- 纹理映射效果。
- 光照效果。
- 阴影效果。
- 反射效果。
- 折射效果。
- 特殊效果。
总结
可编程管线为开发者提供了更大的灵活性，可以实现更复杂和逼真的图形效果。然而，可编程管线也对开发者的编程能力提出了更高的要求。
顶点着色器和片元着色器是可编程管线中的两个重要阶段。顶点着色器程序可以在顶点着色器阶段执行，它可以修改顶点数据。片元着色器程序可以在片元着色器阶段执行，它可以修改像素颜色。
通过编写顶点着色器程序和片元着色器程序，开发者可以实现各种各样的图形效果。
