Android OpenGl（二） Shader

news2025/1/4 19:20:47

一、Shader

1、什么是Shader，为什么要使用Shder

（1）shader运行在gpu上的小程序
（2）以前使用固定管线，但缺点是灵活度不够，无法满足复杂需求，为了解决固定管线的缺点，出现了可编程管线，可编程管线允许开发者自定义渲染过程，提高了灵活度。
（3）Shader是可编程管线的一部分，用于对各个阶段的自定义，shader可充分利用gpu并行计算能力，提高渲染速度，Shader可通过编程对gpu灵活控制。

2、两种Shader

Vertex Shader–顶点Shader，用于处理3D几何图形的顶点。
Fragment Shader–片元Shader，用于处理像素颜色和纹理

3、Shader的输入与输出

接收顶点数据，输出构造好的三角形
接收片元数据，为每个像素设置不同的颜色

4、最基本的图形–三角形

图形学中，三角形是最基本的图形
所有复杂图形都是由三角形组成的
三角形是由顶点和片元组成的

二、标准坐标系与屏幕坐标系

1、标准设备坐标系

屏幕中心是（0，0）
x，y的范围在[-1,1]之间
是shader的输出坐标系

在这里插入图片描述

2、屏幕坐标系

屏幕左上角是（0，0）
屏幕右下角是（width，height）
屏幕坐标系的单位是像素
OpenGL会自动将标准设备坐标转成屏幕坐标系。

3、应用在什么地方？

标准设备坐标系是Shader的输出
屏幕坐标系用于模型的最终显示

4、标准设备坐标系到屏幕坐标系

先将标准坐标系中的顶点+1
每个顶点成衣屏幕的宽/高
也可以通过一个变换矩阵直接完成两步操作。

三、着色器Shader作用及语法

1、GLSL（Graphics Language Shader Language ）基本语法

语法类似于C语言
支持向量、矩阵等数学运算

  "attribute vec4 vPosition;" +
  "void main() { " +
  "   gl_Position = vPosition;" +
   "}"

2、数据的传递

在这里插入图片描述
(1)一个opengl程序包含了2个shader，一个是vertex shader(用于处理顶点)，一个是Fragment shader（用于处理像素）。
(2)可以将opengl shader比喻成一个芯片，每个芯片都有许多引脚，每个引脚都有唯一的id，比如上图引脚id1，引脚1关联是vertex shader 的vPosition，引脚2 关联的是fragment shader的vColor.
(3)当我们将数据传递给引脚1的时候，会自动传递给vPosition，同理fragment shader 会自动传递给vColor。
(4)如何将数据传送给引脚（不同类型数据方法不同）：
以vPosition为例：第一步：如图调用opengl提供的api的glGetAttribLocation 来获取到vPosition变量对应的引脚。第二步：拿到引脚ID之后，调用glEnableVertexattribArrray()使得引脚处于开启状态，第三步调用glVertexAttribPointer(ID,…,vertexData)，将准备好的vertex data当做输入参数传入api中，最终传给vPosition。这样vertextShader就可以通过vPosition得到数据。
以vColor为例：由于vColor是uniform类型的变量，它只需要2步，首先是glGetUniformLocation来获取引脚位置，第二步通过glUniform4fv（）将数据传递给内部vColor。

在这里插入图片描述
vertex shader 主要有上图几种变量类型，attribute 类型、uniforms类型、Samplers类型变量（一种uniforms的特殊类型，主要用于纹理绘制），

3、如何创建、编译和使用Shader程序


    /**
     * 创建shader，加载shader程序
     */
    private fun loadShader(type: Int, shaderCode: String): Int {
        val shader = GLES20.glCreateShader(type)
        GLES20.glShaderSource(shader, shaderCode)
        GLES20.glCompileShader(shader)
        return shader
    }
   private fun linkProgram(vertexShader: Int, fragmentShader: Int) {
        // 创建空的opengl es 程序
        program = GLES20.glCreateProgram()
        program?.let {
            // 将顶点着色器加入程序
            GLES20.glAttachShader(it, vertexShader)
            // 将片元着色器加入程序
            GLES20.glAttachShader(it, fragmentShader)
            // 链接到着色器程序
            GLES20.glLinkProgram(it)
            // 将程序加入到opengl30环境中
            GLES20.glUseProgram(it)
            val info = GLES20.glGetProgramInfoLog(it)
            // 打印链接程序日志
            Log.e("wdf", "info==" + info)
        }
    }

使用

     // 创建定点着色程序
        val vertexShader = loadShader(GLES20.GL_VERTEX_SHADER, vertexShaderCode)
        // 创建片元着色程序
        val fragmentShader = loadShader(GLES20.GL_FRAGMENT_SHADER, fragmentShaderCode)
       linkProgram(vertexShader, fragmentShader)