PyOpenGL编程-03.着色器介绍

最早的OpenGL是用固定渲染管线对场景进行渲染的,从OpenGL2.0开始引入了着色器渲染概念。它们两者有什么区别呢?

>>固定渲染管线

在OpenGL中,由于屏幕和窗口是由2D像素组成的,三维空间的物体要投影在二维的屏幕空间,就要接助渲染管线。图形固定渲染管线可以被划分为两个主要部分:第一部分把你的3D坐标转换为2D坐标,第二部分是把2D坐标转变为实际的有颜色的像素。

>>着色器渲染管线

可编程GPU的到来引入了着色器渲染概念。三维空间物体投影到屏幕空间这个过程里,我们可以通过着色器程序渲染的每一个步骤包括对颜色、位置等等信息的修改,甚至可以对先前渲染的结果做后处理,实现高级的渲染效果。

着色器渲染过程

>>着色器的种类

顶点着色器(Vertex Shader)

输入:顶点坐标(Position),该坐标值是由glVertex* 或者是glDraw*传入的。

输出:顶点坐标,这个是经过几何变换后的坐标。

功能:简单的说就是把输入的顶点坐标乘以(一系列)几何变换矩阵。每输入一个顶点(也就是glVertex*每调用一次),Vertex shader都会被调用一次。Vertex Shader只知道处理顶点,它不知道这些顶点是做什么用的,也就是不知道这些顶点将来会被装配成什么图元。(因为Vertex shader后面才会有图元装配的过程)

当然,VS还可以接收颜色,纹理坐标,雾坐标等属性,并在内部对他们做一点点变化,然后再输出。

曲面细分控制着色器(TESS Control Shader)

输入:Patch,一个Patch可以看成是多个顶点的集合。它包括每个顶点的属性(坐标,颜色,纹理坐标等等)。用户可以指定一个patch里面要包含几个顶点。同时,一个patch还可以用自己的属性,该属性被它内部的所有顶点共有,即这些顶点只有一套patch属性,而不是每个顶点拥有一个自己的patch属性。(懂了吗?)

输出:Patch , gl_TessLevelOuter , gl_TessLevelInner。

功能:TCS会根据需求把Patch自己的属性以及它内部的顶点属性做一些修改。然后输出Patch。当然,它也可以不做任何修改,直接传给后面的shader。

曲面细分定值着色器(TESS Evaluation Shader)

输入:一系列顶点。这些顶点是三角形被分割后产生的新顶点。下面是每个TES程序都必须有的一段代码:

layout( triangles, fractional_odd_spacing, ccw ) in;

它表示TES的输入是三角形(当然你也可以写成其他类型的图元),至于 fractional_odd_spacing,和ccw是什么意思,大家看spec吧,很简单,我怕我解释不清楚而误解大家。最后的那个“in”进一步说明了这是TES的输入。

输出:也是一系列顶点。

功能:其实在TCS与TES之间有个过程叫Tessellation Primitive Generator(简称TGP),它首先会去查看TES的输入是什么,哦,它要三角形。那么,TGP就会把TCS传入的Patch内部的顶点看成是若干个三角形(注意Patch内部的顶点不一定只有三个)。然后,TGP每次从当前Patch里面取出三个顶点做一个三角形的分割,直到Patch里面的顶点全部被取出。

几何着色器(Geometry Shader)

输入:一个图元

输出:一个或者多个图元

功能:无论是否有VS,TCS或者TES,在GS前面都会有一个图元装配的过程,也就是说,传给GS的是图元,而不是顶点。

片元着色器(Fragment Shader)

输入:系统输入或顶点着色器输出的相关信息。

输出:颜色,只能是 浮点数floats,整数integers和向量vectors。

功能:计算屏幕最后输出颜色。片元着色器是可选阶段,如果不使用片元着色器,颜色输出是未定义的,且不会改变深度、模版缓存值。

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