着色器

简介
- 着色器(Shader)是运行在GPU上的小程序，分别对应渲染管理不同阶段。
- 着色器是一种非常独立的程序，因为它们之间不能相互通信；它们之间唯一的沟通只有通过输入和输出。

GLSL

简介
- 着色器是GLSL的类C语言写成的
- 着色器的开头总是要声明版本，接着是输入和输出变量、uniform和main函数。每个着色器的入口点都是main函数。
- main函数：在这个函数中我们处理所有的输入变量，并将结果输出到输出变量中

结构

#version version_number
in type in_variable_name;
in type in_variable_name;

out type out_variable_name;

uniform type uniform_name;

int main()
{
  // 处理输入并进行一些图形操作
  ...
  // 输出处理过的结果到输出变量
  out_variable_name = weird_stuff_we_processed;
}

说明：

当我们特别谈论到顶点着色器的时候，每个输入变量也叫顶点属性。
我们能声明的顶点属性是有上限的，它一般由硬件来决定。
OpenGL确保至少有16个包含4分量的顶点属性可用，但是有些硬件或许允许更多的顶点属性，你可以查询GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS来获取具体的上限
```
xint nrAttributes;glGetIntegerv(GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS, &nrAttributes);std::cout << "Maximum nr of vertex attributes supported: " << nrAttributes << std::endl;
```

数据类型

类型	含义
`vecn`	包含`n`个float分量的默认向量
`bvecn`	包含`n`个bool分量的向量
`ivecn`	包含`n`个int分量的向量
`uvecn`	包含`n`个unsigned int分量的向量
`dvecn`	包含`n`个double分量的向量

输入与输出

输入与输出

in和out：类型和名称要对得上
特殊的顶点着色器阶段

需要用layout (location = 0)指定输入变量，来源于顶点数据（疑问：这个顶点数据在cpu还是gpu，应该是GPU，因为用了glBufferData从CPU拷贝到GPU上了）

例子

顶点着色器

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置变量的属性位置值为0

out vec4 vertexColor; // 为片段着色器指定一个颜色输出

void main()
{
    gl_Position = vec4(aPos, 1.0); // 注意我们如何把一个vec3作为vec4的构造器的参数
    vertexColor = vec4(0.5, 0.0, 0.0, 1.0); // 把输出变量设置为暗红色
}

片段着色器

#version 330 core
out vec4 FragColor;

in vec4 vertexColor; // 从顶点着色器传来的输入变量（名称相同、类型相同）

void main()
{
    FragColor = vertexColor;
}

Uniform

简介

是一种从CPU中的应用向GPU中的着色器发送数据的方式
与顶点属性不同
- uniform是全局的(Global)，可以被着色器程序的任意着色器在任意阶段访问
- 无论你把uniform值设置成什么，uniform会一直保存它们的数据，直到它们被重置或更新

使用例子

#version 330 core
out vec4 FragColor;

uniform vec4 ourColor; // 在OpenGL程序代码中设定这个变量

void main()
{
    FragColor = ourColor;
}

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

关键代码

glGetUniformLocation(); 通过名称查询uniform ourColor的位置值

细节

OpenGL在其核心是一个C库，所以无法重载，所以每个上传数据给Uniform的函数都不一样

`f`	函数需要一个float作为它的值
`i`	函数需要一个int作为它的值
`ui`	函数需要一个unsigned int作为它的值
`3f`	函数需要3个float作为它的值
`fv`	函数需要一个float向量/数组作为它的值

glUniform4f(vertexColorLocation, 0.0f, greenValue, 0.0f, 1.0f);

在vertexColorLocation位置上上传4个float

我们自己的着色器类

我只关心读取这段代码

Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath)
{
    // 1. 从文件路径中获取顶点/片段着色器
    std::string vertexCode;
    std::string fragmentCode;
    std::ifstream vShaderFile;
    std::ifstream fShaderFile;
    // 保证ifstream对象可以抛出异常：
    vShaderFile.exceptions (std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
    fShaderFile.exceptions (std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
    try 
    {
        // 打开文件
        vShaderFile.open(vertexPath);
        fShaderFile.open(fragmentPath);
        std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;
        // 读取文件的缓冲内容到数据流中
        vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
        fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();       
        // 关闭文件处理器
        vShaderFile.close();
        fShaderFile.close();
        // 转换数据流到string
        vertexCode   = vShaderStream.str();
        fragmentCode = fShaderStream.str();     
    }
    catch(std::ifstream::failure e)
    {
        std::cout << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESFULLY_READ" << std::endl;
    }
    const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();
    const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();
    [...]