顶点着色器的输入

从顶点着色器到片元着色器：输入、输出和插值

在这个计算机图形学之旅中，我们将深入研究顶点着色器和片元着色器的输入和输出机制，探索在它们之间插值数据的迷人世界。

顶点着色器负责处理每个顶点的数据，通常从 CPU 传递给 GPU。这些输入数据通常包括：

• 位置（通常是 3D 坐标）
• 法线（顶点表面的朝向）
• 纹理坐标（将纹理映射到顶点的 UV 坐标）

这些属性由应用程序或 3D 建模软件定义，并作为顶点着色器的输入。

顶点着色器处理完成后，它会输出以下数据：

• 变换后的位置：根据模型、视图和投影变换后的顶点的新位置
• 变换后的法线：根据变换矩阵变换后的法线
• 插值属性：通过插值从输入属性派生的值，将在片元着色器中使用

片元着色器处理每个片元的数据，即组成最终图像的像素。片元着色器的输入源自顶点着色器的输出，通过称为插值的过程获得。插值在从顶点到顶点跨越多边形时生成平滑过渡。

插值属性包括：

• 插值位置：从顶点位置插值而来的片元位置
• 插值法线：从顶点法线插值而来的片元法线
• 插值纹理坐标：从顶点纹理坐标插值而来的片元纹理坐标

插值是一个关键概念，它允许我们在多边形中跨越顶点平滑地变化属性。顶点着色器输出插值属性，片元着色器使用这些属性来计算每个片元的值。

有两种主要的插值类型：

• 线性插值： 属性值在顶点之间线性变化。
• 透视插值： 属性值根据片元的深度（从相机到片元的距离）进行插值。

为了更好地理解这些概念，这里是一个用 GLSL（图形语言着色语言）编写的示例代码：

// 顶点着色器
in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texCoord;

out vec3 fragPosition;
out vec3 fragNormal;
out vec2 fragTexCoord;

void main() {
    // 计算变换后的位置
    fragPosition = ...;
    
    // 计算变换后的法线
    fragNormal = ...;
    
    // 插值纹理坐标
    fragTexCoord = texCoord;
}

// 片元着色器
in vec3 fragPosition;
in vec3 fragNormal;
in vec2 fragTexCoord;

out vec4 outColor;

void main() {
    // 根据插值属性计算光照
    vec3 lightIntensity = ...;
    
    // 计算最终颜色
    outColor = lightIntensity * texture(sampler, fragTexCoord);
}

在这个示例中，顶点着色器计算变换后的位置和法线，并插值纹理坐标。片元着色器使用插值属性计算光照，然后根据纹理查找和光照计算最终颜色。