初學(xué)OpenGL的一般都會因為著色器被搞的暈頭轉(zhuǎn)向，稍微介紹下什么著色器，它有什么作用。

OpenGL著色語言（OpenGL Shading Language，GLSL）是用來在OpenGL中著色編程的語言，是一種具有C/C++風(fēng)格的高級過程語言，同樣也以main函數(shù)開始，只不過執(zhí)行過程是在GPU上。GLSL使用類型限定符而不是通過讀取和寫入操作來管理輸入和輸出。著色器主要分為頂點著色器（Vertex Shader）和片段著色器（Fragment Shader）兩部分。

渲染管線

下圖即是OpenGL 4.5版本的管線

管線.png

• Vertex Data(頂點數(shù)據(jù))：OpenGL將所有數(shù)據(jù)保存到緩存對象當(dāng)中,正如上節(jié)當(dāng)中的glVertexAttribPointer()函數(shù)所做的工作，并調(diào)用glDrawArrays()函數(shù)請求渲染幾何圖元
• Vertex Shader(頂點著色器)：接受在頂點緩存對象中給出的頂點數(shù)據(jù)，獨立處理每個頂點(對于繪制命令傳輸?shù)拿總€頂點，OpenGL都會調(diào)用一個頂點著色器來處理頂點的相關(guān)數(shù)據(jù))。這個階段是必須的
• Tessellationj shading stage(細分著色階段)：這個階段是由Tessellation Control Shader(細分控制著色器)和Tessellation Evaluation Shader(細分賦值著色器)完成的。 這個階段啟用之后，會收到來自頂點著色階段的輸出數(shù)據(jù)，并對收到的頂點進行進一步的處理，它會在OpenGL管線內(nèi)部生成新的幾何體。這是一個可選階段
• Geometry Shader(幾何著色器)：它會在OpenGL管線內(nèi)部對所有幾何圖元進行修改，可以選擇輸入圖元生成更多的幾何體，改變幾何圖元的類型(將三角形轉(zhuǎn)化乘線段之類)，或者放棄所有的幾何體。這是一個可選階段
• Primitive Setup(圖元裝配)：之前著色階段處理的都是頂點數(shù)據(jù)，此外，這些頂點構(gòu)成幾何圖元的所有信息也會被傳遞到OpenGL當(dāng)中。圖元裝配階段將這些頂點與相關(guān)的幾何圖元之間組織起來，準備下一步的剪切和光柵化工作
• Culling and Clipping(裁剪和剪切)：頂點可能落在視口之外(即我們能夠繪制的窗口區(qū)域)，此時頂點相關(guān)的圖元會做出改動，保證相關(guān)像素不會繪制在視口以外。由OpenGL自動完成
• Rasterization(光柵化)：光柵化是判斷某一部分幾何體(點、線或者三角形)所覆蓋的屏幕空間。因為屏幕是由一個個的像素點構(gòu)成的，如果要畫一條線，就要判斷這條線在哪幾個像素點表示，配合下圖理解：
  
  image.png
• Fragment Shader(片元著色器)：最后一個可以通過編程控制編程控制屏幕上顯示顏色的階段叫做片元著色階段。這個階段處理OpenGL光柵化之后生成的獨立片元，使用著色器計算片元的最終顏色和它的的深度值。這個階段是必須的

頂點著色器

attribute vec4 Position;
attribute vec2 TextureCoords;
varying vec2 TextureCoordsOut;

void main(void)
{
    //用來展現(xiàn)紋理的多邊形頂點
    gl_Position = Position;
    //表示使用的紋理的范圍的頂點，因為是2D紋理，所以用vec2類型
    TextureCoordsOut = TextureCoords;
}

可以控制頂點的輸入和輸出

片段著色器

precision mediump float;

uniform sampler2D Texture;
varying vec2 TextureCoordsOut;

void main(void)
{
    //獲取紋理的像素
    vec4 mask = texture2D(Texture, TextureCoordsOut);
    
    gl_FragColor = vec4(mask.rgb, 1.0);
}

控制顏色的出輸出

數(shù)據(jù)類型

和其他編程語言一樣，GLSL有數(shù)據(jù)類型可以來指定變量的種類。GLSL中包含C等其它語言大部分的默認基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型：int、float、double、uint和bool。GLSL也有兩種容器類型，分別是向量(Vector)和矩陣(Matrix)。

向量

GLSL中的向量是一個可以包含有1、2、3或者4個分量的容器，分量的類型可以是前面默認基礎(chǔ)類型的任意一個。它們可以是下面的形式（n代表分量的數(shù)量）：

向量.png

大多數(shù)時候我們使用vecn，因為float足夠滿足大多數(shù)要求了。

一個向量的分量可以通過vec.x這種方式獲取，這里x是指這個向量的第一個分量。你可以分別使用.x、.y、.z和.w來獲取它們的第1、2、3、4個分量。GLSL也允許你對顏色使用rgba，或是對紋理坐標使用stpq訪問相同的分量。

向量這一數(shù)據(jù)類型也允許一些有趣而靈活的分量選擇方式，叫做重組(Swizzling)。重組允許這樣的語法：

vec2 someVec;
vec4 differentVec = someVec.xyxx;
vec3 anotherVec = differentVec.zyw;
vec4 otherVec = someVec.xxxx + anotherVec.yxzy;

你可以使用上面4個字母任意組合來創(chuàng)建一個和原來向量一樣長的（同類型）新向量，只要原來向量有那些分量即可；然而，你不允許在一個vec2向量中去獲取.z元素。我們也可以把一個向量作為一個參數(shù)傳給不同的向量構(gòu)造函數(shù)，以減少需求參數(shù)的數(shù)量：

vec2 vect = vec2(0.5, 0.7);
vec4 result = vec4(vect, 0.0, 0.0);
vec4 otherResult = vec4(result.xyz, 1.0);

輸入與輸出

雖然著色器是各自獨立的小程序，但是它們都是一個整體的一部分，出于這樣的原因，我們希望每個著色器都有輸入和輸出，這樣才能進行數(shù)據(jù)交流和傳遞。GLSL定義了in和out關(guān)鍵字專門來實現(xiàn)這個目的。每個著色器使用這兩個關(guān)鍵字設(shè)定輸入和輸出，只要一個輸出變量與下一個著色器階段的輸入匹配，它就會傳遞下去。但在頂點和片段著色器中會有點不同。

另一個是片段著色器，它需要一個vec4顏色輸出變量，因為片段著色器需要生成一個最終輸出的顏色。如果你在片段著色器沒有定義輸出顏色，OpenGL會把你的物體渲染為黑色（或白色）。

所以，如果我們打算從一個著色器向另一個著色器發(fā)送數(shù)據(jù)，我們必須在發(fā)送方著色器中聲明一個輸出，在接收方著色器中聲明一個類似的輸入。當(dāng)類型和名字都一樣的時候，OpenGL就會把兩個變量鏈接到一起，它們之間就能發(fā)送數(shù)據(jù)了（這是在鏈接程序?qū)ο髸r完成的）。

Uniform

Uniform是一種從CPU中的應(yīng)用向GPU中的著色器發(fā)送數(shù)據(jù)的方式，但uniform和頂點屬性有些不同。首先，uniform是全局的(Global)。全局意味著uniform變量必須在每個著色器程序?qū)ο笾卸际仟氁粺o二的，而且它可以被著色器程序的任意著色器在任意階段訪問。第二，無論你把uniform值設(shè)置成什么，uniform會一直保存它們的數(shù)據(jù)，直到它們被重置或更新。

我們可以在一個著色器中添加uniform關(guān)鍵字至類型和變量名前來聲明一個GLSL的uniform。從此處開始我們就可以在著色器中使用新聲明的uniform了。

#version 330 core
out vec4 FragColor;

uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代碼中設(shè)定這個變量

void main()
{
    FragColor = ourColor;
}

我們在片段著色器中聲明了一個uniform vec4的ourColor，并把片段著色器的輸出顏色設(shè)置為uniform值的內(nèi)容。因為uniform是全局變量，我們可以在任何著色器中定義它們，而無需通過頂點著色器作為中介。頂點著色器中不需要這個uniform，所以我們不用在那里定義它。

如果你聲明了一個uniform卻在GLSL代碼中沒用過，編譯器會靜默移除這個變量，導(dǎo)致最后編譯出的版本中并不會包含它，這可能導(dǎo)致幾個非常麻煩的錯誤，記住這點！

這個uniform現(xiàn)在還是空的；我們還沒有給它添加任何數(shù)據(jù)，所以下面我們就做這件事。我們首先需要找到著色器中uniform屬性的索引/位置值。當(dāng)我們得到uniform的索引/位置值后，我們就可以更新它的值了。這次我們不去給像素傳遞單獨一個顏色，而是讓它隨著時間改變顏色：

float timeValue = glfwGetTime();
float greenValue = (sin(timeValue) / 2.0f) + 0.5f;
int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
glUseProgram(shaderProgram);
glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

這可以在你主代碼中進行控制，而不需要去著色器中編寫代碼。

首先我們通過glfwGetTime()獲取運行的秒數(shù)。然后我們使用sin函數(shù)讓顏色在0.0到1.0之間改變，最后將結(jié)果儲存到greenValue里。

接著，我們用glGetUniformLocation查詢uniform ourColor的位置值。我們?yōu)椴樵兒瘮?shù)提供著色器程序和uniform的名字（這是我們希望獲得的位置值的來源）。如果glGetUniformLocation返回-1就代表沒有找到這個位置值。最后，我們可以通過glUniform4f函數(shù)設(shè)置uniform值。注意，查詢uniform地址不要求你之前使用過著色器程序，但是更新一個uniform之前你必須先使用程序（調(diào)用glUseProgram)，因為它是在當(dāng)前激活的著色器程序中設(shè)置uniform的。

因為OpenGL在其核心是一個C庫，所以它不支持類型重載，在函數(shù)參數(shù)不同的時候就要為其定義新的函數(shù)；glUniform是一個典型例子。這個函數(shù)有一個特定的后綴，標識設(shè)定的uniform的類型?？赡艿暮缶Y有：

image.png

現(xiàn)在你知道如何設(shè)置uniform變量的值了，我們可以使用它們來渲染了。如果我們打算讓顏色慢慢變化，我們就要在游戲循環(huán)的每一次迭代中（所以他會逐幀改變）更新這個uniform，否則三角形就不會改變顏色。

    // 渲染
    // 清除顏色緩沖
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

    // 記得激活著色器
    glUseProgram(shaderProgram);

    // 更新uniform顏色
    float timeValue = glfwGetTime();
    float greenValue = sin(timeValue) / 2.0f + 0.5f;
    int vertexColorLocation = glGetUniformLocation(shaderProgram, "ourColor");
    glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

    // 繪制三角形
    glBindVertexArray(VAO);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

指定顏色到頂點數(shù)據(jù)

我們將把顏色數(shù)據(jù)添加為3個float值至vertices數(shù)組，三角形的三個角分別指定為紅色、綠色和藍色：

float vertices[] = {
    // 位置              // 顏色
     0.5f, -0.5f, 0.0f,  1.0f, 0.0f, 0.0f,   // 右下
    -0.5f, -0.5f, 0.0f,  0.0f, 1.0f, 0.0f,   // 左下
     0.0f,  0.5f, 0.0f,  0.0f, 0.0f, 1.0f    // 頂部
};

由于現(xiàn)在有更多的數(shù)據(jù)要發(fā)送到頂點著色器，我們有必要去調(diào)整一下頂點著色器，使它能夠接收顏色值作為一個頂點屬性輸入。需要注意的是我們用layout標識符來把aColor屬性的位置值設(shè)置為1：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;   // 位置變量的屬性位置值為 0 
layout (location = 1) in vec3 aColor; // 顏色變量的屬性位置值為 1

out vec3 ourColor; // 向片段著色器輸出一個顏色

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos, 1.0);
    ourColor = aColor; // 將ourColor設(shè)置為我們從頂點數(shù)據(jù)那里得到的輸入顏色
}

由于我們不再使用uniform來傳遞片段的顏色了，現(xiàn)在使用ourColor輸出變量，我們必須再修改一下片段著色器：

#version 330 core
out vec4 FragColor;  
in vec3 ourColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(ourColor, 1.0);
}

因為我們添加了另一個頂點屬性，并且更新了VBO的內(nèi)存，我們就必須重新配置頂點屬性指針。更新后的VBO內(nèi)存中的數(shù)據(jù)現(xiàn)在看起來像這樣：

image.png

知道了現(xiàn)在使用的布局，我們就可以使用glVertexAttribPointer函數(shù)更新頂點格式，

// 位置屬性
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
// 顏色屬性
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3* sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);

可以參考第一節(jié)你好，三角形里面對于這函數(shù)的使用

由于我們現(xiàn)在有了兩個頂點屬性，我們不得不重新計算步長值。為獲得數(shù)據(jù)隊列中下一個屬性值（比如位置向量的下個x分量）我們必須向右移動6個float，其中3個是位置值，另外3個是顏色值。這使我們的步長值為6乘以float的字節(jié)數(shù)（=24字節(jié)）。
同樣，這次我們必須指定一個偏移量。對于每個頂點來說，位置頂點屬性在前，所以它的偏移量是0。顏色屬性緊隨位置數(shù)據(jù)之后，所以偏移量就是3 * sizeof(float)，用字節(jié)來計算就是12字節(jié)。

我挑選了，認為比較重要的知識點。具體可以查看LearnOpenGL CN-著色器
這網(wǎng)站寫的詳細，內(nèi)容也很多。只是這些內(nèi)容都是OpenGL的第三版，可能在學(xué)習(xí)過程會和OpenGL Es2有點區(qū)別，不過知識都是一樣的，稍微變化而已。