GLSL语言基础

转自：

小楼一夜听春雨、http://www.kankanews.com/ICkengine/archives/120870.shtml

变量

GLSL的变量命名方式与C语言类似。变量的名称可以使用字母，数字以及下划线，但变量名不能以数字开头，还有变量名不能以gl_作为前缀，这个是GLSL保留的前缀，用于GLSL的内部变量。当然还有一些GLSL保留的名称是不能够作为变量的名称的。

基本类型

除了布尔型，整型，浮点型基本类型外，GLSL还引入了一些在着色器中经常用到的类型作为基本类型。这些基本类型都可以作为结构体内部的类型。如下表:

结构体

结构体可以组合基本类型和数组来形成用户自定义的类型。在定义一个结构体的同时，你可以定义一个结构体实例。

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struct surface   

{  

  float indexOfRefraction;  

  vec3 color;float turbulence;  

} mySurface;

或者后面再定义。

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surface secondeSurface;  

你可以通过=为结构体赋值，或者使用 ==，!=来判断两个结构体是否相等。

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mySurface = secondSurface;  

mySurface == secondSurface;

只有结构体中的每个成分都相等，那么这两个结构体才是相等的。访问结构体的内部成员使用. 来访问。

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vec3 color = mySurface.color + secondSurface.color;  

结构体至少包含一个成员。固定大小的数组也可以被包含在结构体中。GLSL的结构体不支持嵌套定义。只有预先声明的结构体可以嵌套其中。

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struct myStruct   

{  

vec3 points[3]; //固定大小的数组是合法的  

surface surf; //可以，之前已经定义了  

struct velocity   

{  //不合法float speed;  

  vec3 direction;  

 } velo;  

 subSurface sub; //不合法，没有预先声明  

};  

struct subSurface   

{  

  int id;  

};

数组

GLSL中只可以使用一维的数组。数组的类型可以是一切基本类型或者结构体。下面的几种数组声明是合法的：

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surface mySurfaces[];  

vec4 lightPositions[8];  

vec4 lightPos[] = lightPositions;  

const int numSurfaces = 5;  

surface myFiveSurfaces[numSurfaces];  

float[5] values;

指定显示大小的数组可以作为函数的参数或者使返回值,也可以作为结构体的成员.数组类型内建了一个length()函数，可以返回数组的长度。

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lightPositions.length() //返回数组的大小 8  

最后，你不能定义数组的数组。

修饰符

变量的声明可以使用如下的修饰符。

GLSL语言基础

内置变量

内置变量可以与固定函数功能进行交互。在使用前不需要声明。

顶点着色器可用的内置变量如下表：

片段着色器的内置变量如下表：

表达式

操作符

GLSL语言的操作符与C语言相似。如下表（操作符的优先级从高到低排列）

GLSL语言基础

像求地址的& 和解引用的 * 操作符不再GLSL中出现，因为GLSL不能直接操作地址。类型转换操作也是不允许的。位操作符(&,|,^,~, <<, >> ,&=, |=, ^=, <<=, >>=)是GLSL保留的操作符，将来可能会被使用。还有求模操作（%，%=)也是保留的。

数组访问

数组的下标从0开始。合理的范围是[0, size - 1]。跟C语言一样。如果数组访问越界了，那行为是未定义的。如果着色器的编译器在编译时知道数组访问越界了，就会提示编译失败。

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vec4 myColor, ambient, diffuse[6], specular[6];  

myColor = ambient + diffuse[4] + specular[4];

构造函数

构造函数可以用于初始化包含多个成员的变量，包括数组和结构体。构造函数也可以用在表达式中。调用方式如下：

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vec3 myNormal = vec3(1.0, 1.0, 1.0);  

greenTint = myColor + vec3(0.0, 1.0, 0.0);  

ivec4 myColor = ivec4(255);

还可以使用混合标量和向量的方式来构造，只要你的元素足以填满该向量。

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vec4 color = vec4(1.0, vec2(0.0, 1.0), 1.0);  

vec3 v = vec3(1.0, 10.0, 1.0);  

vec3 v1 = vec3(v);  

vec2 fv = vec2(5.0, 6.0);  

float f = float(fv); //用x值2.5构造，y值被舍弃

对于矩阵，OpenGL中矩阵是列主顺序的。如果只传了一个值，则会构造成对角矩阵，其余的元素为0.

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mat3 m3 = mat3(1.0);  

构造出来的矩阵式：

1.0 0.0 0.0

0.0 1.0 0.0

0.0 0.0 1.0

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mat2 matrix1 = mat2(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);  

mat2 matrix2 = mat2(vec2(1.0, 0.0), vec2(0.0, 1.0));  

mat2 matrix3 = mat2(1.0);   

mat2 matrix4 = mat2(mat4(2.0)); //会取 4×4矩阵左上角的2×2矩阵。

构造函数可以用于标量数据类型的转换。GLSL不支持隐式或显示的转换，只能通过构造函数来转。其中int 转为float值是一样的。float转为int 则小数部分被丢弃。int或float转为bool，0和0.0转为false，其余的值转为true. bool 转为int或float，false值转为0和0.0，true转为1和1.0.

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float f = 1.7;  

int I = int(f); // I = 1

数组的初始化

可以在构造函数中传入值来初始化数组中对应的每一个值。

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ivec2 position[3] = ivec2[3]((0,0), (1,1), (2,2));  

ivec2 pos2[3] = ivec2[]((3,3), (2,1), (3,1));

构造函数也可以对结构体进行初始化。其中顺序和类型要一一对应。

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struct surface   

{   

 int index;  

 vec3 color;   

 float rotate;  

};  

surface mySurface = surface(3, vec3(red, green, blue), 0.5);

成分选择

向量中单独的成分可以通过{x,y,z,w},{r,g,b,a}或者{s,t,p,q}的记法来表示。这些不同的记法用于顶点，颜色，纹理坐标。在成分选择中，你不可以混合使用这些记法。其中{s,t,p,q}中的p替换了纹理的r坐标，因为与颜色r重复了。下面是用法举例：

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vec3 myVec = {0.5, 0.35, 0.7};  

float r = myVec.r;  

float myYz = myVec.yz;  

float myQ = myVec.q;//出错，数组越界访问，q代表第四个元素float myRY = myVec.ry; //不合法  

混合使用记法

较特殊的使用方式，你可以重复向量中的元素，或者颠倒其顺序。如：

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vec3 yxz = myVec.yxz; //调换顺序  

vec4 mySSTT = myVec.sstt; //重复其中的值  

在赋值时，也可以选择你想要的顺序，但是不能重复其中的成分。

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vec4 myColor = {0.0, 1.0, 2.0, 1.0};  

myColor.x = -1.0;  

myColor.yz = vec2(3.0, 5.0);  

myColor.wx = vec2(1.0, 3.0);  

myColor.zz = vec2(2.0, 3.0); //不合法

我们也可以通过使用下标来访问向量或矩阵中的元素。如果越界那行为将是未定义的。

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float myY = myVec[1];  

在矩阵中，可以通过一维的下标来获得该列的向量(OpenGL的矩阵是列主顺序的)。二维的小标来获得向量中的元素。

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mat3 myMat = mat3(1.0);  

vec3 myVec = myMat[0]; //获得第一列向量 1.0, 0.0, 0.0  

float f = myMat[0][0]; // 第一列的第一个向量  

控制流

循环

与C和C++相似，GLSL语言也提供了for, while, do/while的循环方式。使用continue跳入下一次循环，break结束循环。

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for (l = 0; l < numLights; l++)  

{   

 if(!lightExists[l])  

    continue;  

 color += light[l];  

}while (i < num)  

{  

 sum += color[i];  

 i++;  

}do  

{  

 color += light[lightNum];  

 lightNum--;  

}while (lightNum > 0)

if/else

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color = unlitColor;if (numLights > 0)  

{  

 color = litColor;  

}  

else  

{  

 color = unlitColor;  

}

discard

片段着色器中有一种特殊的控制流成为discard。使用discard会退出片段着色器，不执行后面的片段着色操作。片段也不会写入帧缓冲区。

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if (color.a < 0.9)  

discard;

函数

在每个shader中必须有一个main函数。main函数中的void参数是可选的，但返回值是void是必须的。

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void main(void)  

{  

...  

}  

GLSL中的函数，必须是在全局范围定义和声明的。不能在函数定义中声明或定义函数。函数必须有返回类型，参数是可选的。参数的修饰符(in, out, inout, const等）是可选的。

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//函数声明  

bool isAnyNegative(const vec4 v);  

//函数调用  

void main(void)  

{  

  bool isNegative = isAnyNegative(gl_Color);  

  ...  

}  

//定义  

bool isAnyNegative(const vec4 v)  

{  

  if (v.x < 0.0 || v.y < 0.0 || v.z < 0.0 || v.w < 0.0)  

    return true;  

  else  

   return false;  

}

结构体和数组也可以作为函数的参数。如果是数组作为函数的参数，则必须制定其大小。在调用传参时，只传数组名就可以了。

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vec4 sumVectors(int sumSize, vec4 v[10]);  

void main()  

{  

 vec4 myColors[10];  

 ...  

 vec4 sumColor = sumVectors(5, myColors);  

}  

vec4 sumVectors(int sumSize, vec4 v[10])  

{  

 int i = 0;  

 vec4 sum = vec4(0.0);  

 for(; i < sumSize; ++i)  

 {  

  sum += v[i];   

 }  

 return sum;  

}

GLSL的函数是支持重载的。函数可以同名但其参数类型或者参数个数不同即可。

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float sum(float a, float b)  

{  

  return a + b;  

}  

vec3 sum(vec3 v1, vec3 v2)  

{  

  return v1 + v2;  

}

GLSL中函数递归是不被允许的。其行为是未定义的。

GLSL中提供了许多内建的函数，来方便我们的使用。

可以在官方手册中查找相关的函数

GLSL指南

变量