第二节 WebGL中着色器语言(GLSL ES)的简介

叁歲伎倆 2022-06-05 04:11 272阅读 0赞

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## 1 着色器简介 ##

着色器语言(GLSL ES)由OpenGL的着色器语言GLSL简化而来， 主要是为了适应目前的移动端手持设备，例如智能手机和平板电脑，由于这些手持设备受限于硬件条件，其性能远不如电脑。这意味着对这些手持设备硬件的利用和开销就要恰到好处，故由此催生了GLSL ES，是为了降低硬件的功耗和性能开销。具体的着色器技术文档我们可以参考官方网址：[https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/][https_www.khronos.org_registry_OpenGL-Refpages]。

## 2 着色器类型 ##

WebGL着色器只用到众多着色器中的两种：顶点着色器(vertex shader)和片段着色器(fragment shader)。对于这两个着色器，在这里并不去过多的做详述，可以先这样理解：顶点着色器负责接收来自javaScript程序的顶点数据和颜色信息，经过一系列操作（像剪切，光栅化等，这一系列操作可以不用去深入理解），再将颜色信息传至片段着色器，最后生成图像呈现在我们面前。下面就对这两个着色器的代码做一个初步了解：

(1) 顶点着色器

attribute vec4 vPosition;//收js程序的顶点信息的变量
    attribute vec4 vColor;//接受js程序的顶点颜色信息的变量
    uniform mat4 vMvpMatrix;//接收视图变换矩阵
    varying vec4 fColor;//顶点着色器与片段着色器传颜色信息的变量
    void main(){
       gl_Position = vMvpMatrix * vPosition;//图像所有顶点位置
    }

下面的任务可由顶点着色器完成：   
顶点变换   
纹理坐标生成和变换   
光照的计算   
颜色材料的应用

(2) 片段着色器

precision mediump float;//精度要求为中精度
    varying vec4 fColor;//与顶点着色器中fColor一致，为了接收颜色信息
    void main() {
      gl_FragColor = fColor;//给片元设置颜色
    }

下面的任务可由片段着色器完成：   
插值操作   
纹理访问和应用   
雾化效果   
颜色总和

看到这里是不是觉得着色器语言似曾相识？学过C或C++的同学都能看出来了吧，着色器语言与C是多么的相像，但它们之间还是存在差异的，这里不赘述。所以如果你熟悉C，那么就会比较好理解GLSL ES。下面进行着色器一些变量的定义和语法讲述。

## 3 着色器数据值类型 ##

在这里，我并不是要完完整整的将着色器的所有变量和用法都讲一遍，解释着色器的变量和语法是一个工作量大而庞杂的工作。在这里我们只讲其中最常用的部分，对于初学者来说完全够用。如果当你入门后想继续深入了解着色器，可以去查看官方文档。也可参考《WebGL编程指南》一书的第六章和附录B，这里面对着色器有较详尽的介绍。

(1) attribute变量   
attribute变量用于接收与顶点数据相关的一切变量，例如顶点着色器里面的：

attribute vec4 vPosition；
    attribute vec4 vColor;

第一个变量定义的是顶点的位置信息，第二个变量定义了顶点的颜色信息。但大家注意到，这里还有一个 vec4 是什么鬼？ vec4 用于定义向量(x, y, z, w)这样一个四维向量，vec3 即(x, y, z),以此类推，并不难得出 vec2 为(x, y);那平常表示一个三维空间点的坐标(x, y, z)就够了，为什么还要多一个 w 呢 ？这个肯定是有道理的，主要是为了解决后续对模型的一些旋转、平移、缩放计算方便才这样做的，因这些运算都是用矩阵运算的，三行三列矩阵不能表示平移，只能四行四列矩阵才可以。对于顶点坐标来说，通常w=1.0；

(2) uniform变量

uniform mat4 vMvpMatrix;//用于接收来自js程序的一个与顶点坐标信息无关的 4*4 矩阵

uniform变量主要用于定义与顶点信息无关的变量，只要是与顶点坐标无关的变量，基本都会用uniform来定义。   
其中mat4用于定义一个四行四列的矩阵，mat3用于定义三行三列的矩阵，以此类推mat2为二行二列。

uniform vec4 vector;//用于接收来自js程序的一个与顶点坐标信息无关的4维向量

(3) varying变量

varying vec4 fColor;//用于沟通顶点着色器和片段着色器的桥梁

varying变量将顶点的颜色信息发送给片段着色器。

## 4 着色器的创建和编译 ##

var vshader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);//创建顶点着色器类型
    var fshader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);//创建片段着色器类型
    var program = gl.createProgram();//创建一个程序对象
    
    //附加着色器文件到Shader
    gl.shaderSource(program, vshader);
    gl.shaderSource(program, fshader);
    
    //编译着色器
    gl.compileShader(vshader);
    gl.compileShader(fshader);
    
    //向程序对象分配着色器
    gl.attachShader(program, vShader);
    gl.attachShader(program, fShader);
    
    //链接着色器
    gl.linkProgram(program);
    
    //将程序设置为有效
    gl.useProgram(program);//只有这一步执行着色器才能正常工作

上述代码的过程正是着色器创建和编译的完整过程，只有将这个做好，着色器代码才可以被编译和执行。通常上述着色器的穿件和编译的方法只适用于一些比较小的着色器，建议初学者使用。而对大部分着色器来说，一旦涉及复杂的着色器设计，这个并不实用，因此，在这里建议使用另外一种方式，将着色器代码放于单独的文件中，每个文件只包含着色器代码，如：

![这里写图片描述][SouthEast]

然后再通过js读取本地文件的方法new XMLHttpRequest(), 将着色器文件读取后进行创建和编译。

[https_www.khronos.org_registry_OpenGL-Refpages]: https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/
[SouthEast]: /images/20220605/86f86c7dbdc948cea782a50a06ef81cf.png