[OpenGL ES 3.0编程指南]4 着色器和程序

本文主要是介绍[OpenGL ES 3.0编程指南]4 着色器和程序，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

介绍创建着色器，编译它们并链接到一个程序对象。

4.1 着色器和程序

源代码提供给着色器对象，然后着色器对象被编译为一个目标文件，编译后可以连接到一个程序对象。程序对象可以连接多个着色器对象。在OpenGL ES中，每个程序对象必须连接一个顶点着色器和一个片段着色器。一般包含6个步骤：
1.创建一个顶点着色器和一个片段着色器对象
2.将源代码连接到每个着色器对象
3.编译着色器对象
4.创建一个程序对象
5.将编译后的着色器对象连接到程序对象
6.链接程序对象

4.1.1 创建和编译一个着色器

创建着色器：

// type:着色器类型，GL_VERTEX_SHADER或GL_FRAGMENT_SHADER
GLuint glCreateShader(GLenum type)

删除着色器：

// shader:要删除的着色器对象的句柄
void glDeleteShader(GLuint shader)

如果一个着色器连接到一个程序对象，那么调用glDeleteShader不会立刻删除着色器，而是将着色器标记为删除，在着色器不再连接到任何程序对象时，它的内存将被释放。

提供着色器源代码：

// shader:着色器对象的句柄
// count:着色器源字符串的字数
// string:保存数量为count的着色器源字符串的数组指针
// length:保存每个着色器字符串大小且元素数量为count的整数数组指针
void glShaderSource(GLuint shader, GLsizei count, const GLchar* const *string, const GLint *length)

编译着色器：

// shader:着色器对象句柄
void glCompileShader(GLuint shader)

查询着色器对象信息：

// shader:着色器对象句柄
// pname:信息参数
// GL_COMPILE_STATUS
// GL_DELETE_STATUS
// GL_INFO_LOG_LENGTH
// GL_SHADER_SOURCE_LENGTH
// GL_SHADER_TYPE
// params:指向查询结果的整数存储位置的指针
void glGetShaderiv(GLuint shader, GLenum pname, GLint *params)

GL_COMPILE_STATUS:检查着色器是否成功编译
GL_DELETE_STATUS:查询着色器是否用glDeleteShader标记为删除
GL_INFO_LOG_LENGTH:查询日志长度
GL_SHADER_SOURCE_LENGTH:返回着色器源代码长度
GL_SHADER_TYPE:返回着色器类型

检索信息日志：

// shader:着色器对象句柄
// maxLength:保存信息日志的缓冲区大小
// length:写入的信息日志的长度
// infoLog:保存信息日志的字符缓冲区的指针
void glGetShaderInfoLog(GLuint shader, GLsizei maxLength, GLsizei *length, GLchar *infoLog)

例4-1 加载着色器

///
// Create a shader object, load the shader source, and
// compile the shader.
//
GLuint LoadShader ( GLenum type, const char *shaderSrc )
{GLuint shader;GLint compiled;// Create the shader objectshader = glCreateShader ( type );if ( shader == 0 ){return 0;}// Load the shader sourceglShaderSource ( shader, 1, &shaderSrc, NULL );// Compile the shaderglCompileShader ( shader );// Check the compile statusglGetShaderiv ( shader, GL_COMPILE_STATUS, &compiled );if ( !compiled ){GLint infoLen = 0;glGetShaderiv ( shader, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infoLen );if ( infoLen > 1 ){char *infoLog = malloc ( sizeof ( char ) * infoLen );glGetShaderInfoLog ( shader, infoLen, NULL, infoLog );esLogMessage ( "Error compiling shader:\n%s\n", infoLog );free ( infoLog );}glDeleteShader ( shader );return 0;}return shader;
}

4.1.2 创建和链接程序对象

创建程序对象：

GLunit glCreateProgram()

删除程序对象:

// program:程序对象句柄
void glDeleteProgram(GLuint program)

连接着色器：

// program:程序对象句柄
// shader:着色器对象句柄
void glAttachShader(GLuint program, GLuint shader)

在OpenGL ES 3.0中，每个程序对象必须连接一个顶点着色器和一个片段着色器。

断开着色器连接:

// program:程序对象句柄
// shader:着色器对象句柄
void glDetachShader(GLuint program, GLuint shader)

链接程序对象：

// program:程序对象句柄
void glLinkProgram(GLuint program)

检查链接状态：

// program:程序对象句柄
// pname:信息参数
// GL_ACTIVE_ATTRIBUTES
// GL_ACTIVE_ATTRIBUTES_MAX_LENGTH
// ...
// params:查询结果整数存储位置的指针
void glGetProgramiv(GLuint program, GLenum pname, GLint *params)

GL_ACTIVE_ATTRIBUTES:返回顶点着色器中活动属性的数量
GL_ACTIVE_ATTRIBUTES_MAX_LENGTH:返回最大属性名称的最大长度
...

从信息日志中获取信息：

void glGetProgramInfoLog(GLuint program, GLsizei maxLength, GLsizei *length, GLchar *infoLog)

设置程序对象为活动程序:

// program:程序对象句柄
void glUseProgram(GLuint program)

例4-2 创建程序，连接着色器并链接程序

   // Create the program objectprogramObject = glCreateProgram ( );if ( programObject == 0 ){return 0;}glAttachShader ( programObject, vertexShader );glAttachShader ( programObject, fragmentShader );// Link the programglLinkProgram ( programObject );// Check the link statusglGetProgramiv ( programObject, GL_LINK_STATUS, &linked );if ( !linked ){GLint infoLen = 0;glGetProgramiv ( programObject, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infoLen );if ( infoLen > 1 ){char *infoLog = malloc ( sizeof ( char ) * infoLen );glGetProgramInfoLog ( programObject, infoLen, NULL, infoLog );esLogMessage ( "Error linking program:\n%s\n", infoLog );free ( infoLog );}glDeleteProgram ( programObject );return FALSE;}...// Use the program objectglUseProgram ( programObject ); 

4.2 统一变量和属性

统一变量是存储应用程序通过OpenGL ES3.0 API传递给着色器的只读常数值的变量。统一变量被组合为两类统一变量块。

(1)命名统一变量块

uniform TransformBlock
{mat4 matViewProj;mat3 matNormal;mat3 matTexGen;
};

(2)默认统一变量块

uniform mat4 matViewProj;
uniform mat3 matNormal;

如果统一变量在顶点着色器和片段着色器中均有声明，则声明的类型必须相同，且在两个着色器中的值也需相同。

4.2.1 获取和设置统一变量

获取统一变量的细节:

// program:程序对象句柄
// index:查询的统一变量索引
// bufSize:名称数组中的字符数
// length:名称数组中写入的字符数
// size:使用的最大数组元素加1
// type:将写入统一变量类型，可以是：
GL_FLOAT
GL_FLOAT_VEC2
...
// name:写入统一变量名称，最大字符数为bufSize，以null终止的字符串
void glGetActiveUniform(GLuint program, GLuint index, GLsizei bufSize, GLsizei *length, GLint *size, GLenum *type, GLchar *name)

一旦有了统一变量的名称，就可以找到它的位置。统一变量的位置是一个整数值，用于标识统一变量在程序中的位置。

// program:程序对象句柄
// name:需要获得位置的统一变量名称
GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const GLchar* name)

有了统一变量的位置及其类型和数组大小，我们就可以加载统一变量的值。每种统一变量类型对应不同的函数。

void glUniform1f(GLint location, GLfloat x)
void glUniform1fv(GLint location, GLsizei count, const GLfloat* value)
void glUniform1i(GLint location, GLint x)
...

注意：glUniform*入参没有程序对象句柄。因为，glUniform*总是在glUseProgram绑定的当前程序上操作。

例4-2 查询活动统一变量

GLint maxUniformLen;
GLint numUniforms;
char *uniformName;
GLint index;glGetProgramiv(progObj, GL_ACTIVE_UNIFORMS, &numUniforms);
glGetProgramiv(progObj, GL_ACTIVE_UNIFORMS_MAX_LENGTH, &maxUniformLen);uniformName = malloc(sizeof(char)*maxUniformLen);for (index = 0; index < numUniforms; index++) {GLint size;GLenum type;GLint location;// Get the uniform infoglGetActiveUniform(progObj, index, maxUniformLen, NULL, &size, &type, uniformName);// Get the uniform locationlocation = glGetUniformLocation(progObj, uniformName);switch(type){case GL_FLOAT:break;case GL_FLOAT_VEC2:break;...}
}

4.2.2 统一变量缓冲区对象

可以使用缓冲区对象存储统一变量数据，从而在程序中的着色器之间或程序对象之间共享统一变量。这种缓冲区对象称为统一变量缓冲区对象。
如果要更新统一变量缓冲区中的统一变量，可以用glBufferData,glBufferSubData,glMapBufferRange和glUnmapBuffer等命令(第6章)修改缓冲区的内容，而不是上一节的glUniform*命令。
下面是一个使用std140布局的命名统一变量块:

layout (std140) uniform LightBlock
{vec3 lightDirection;vec4 lightPosition;
};

统一变量块索引用于引用统一变量块，检索统一变量块索引:

// program:程序对象句柄
// blockName:需要获取索引的统一变量块名称
GLuint glGetUniformBlockIndex(GLuint program, const GLchar *blockName)

确定活动统一变量块的细节:

// program:程序对象句柄
// index:需要查询的统一变量块索引
// bufSize:名称数组中的字符数
// length:将写入名称数组中的字符数
// blockName:将写入统一变量名称
void glGetActiveUniformBlockName(GLuint program, GLuint index, GLsizei bufSize, GLsizei *length, GLchar *blockName)

将索引和程序中的统一变量块绑定关联:

// program:程序对象句柄
// blockIndex:统一变量块的索引
// blockBinding:统一变量缓冲区对象绑定点
void glUniformBlockBinding(GLuint program, GLuint blockIndex, GLuint blockBinding)

将统一变量缓冲区对象绑定到GL_UNIFORM_BUFFER目标和程序中的统一变量块绑定点:

// target:GL_UNIFORM_BUFFER或GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER
// index:绑定索引
// buffer:缓冲区对象句柄
// offset:以字节数计算的缓冲区对象起始偏移
// size:可从缓冲区对象读取或者写入缓冲区对象的数据量
void glBindBufferRange(GLenum target, GLuint index, GLuint buffer, GLintptr offset, GLsizeiptr size)
void glBindBufferBase(GLenum target, GLuint index, GLuint buffer)

下面的例子说明如何用命名统一变量块LightTransform建立一个统一变量缓冲区对象:

GLuint blockId, bufferId;
GLint blockSize;
GLuint bindingPoint = 1;
GLfloat lightData[] = 
{// lightDirection1.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f// lightPosition0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f
};// Retrieve(检索) the uniform block index
blockId = glGetUniformBlockIndex(program, "LightBlock");// Associate the uniform block index with a binding point
glUniformBlockBinding(program, blockId, bindingPoint);// Get the size of lightData Or sizeof(lightData)
glGetActiveUniformBlockiv(program, blockid, GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE, &blockSize);// Create and fill a buffer object
glGenBuffers(1, &bufferId);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, bufferId);
glBufferData(GL_UNIFORM_BUFFER, blockSize, lightData, GL_DYNAMIC_DRAW);// Bind the buffer object to the uniform block binding point
glBindBufferBase(GL_UNIFORM_BUFFER, bindingPoint, bufferId)

4.4 程序二进制码

在成功地编译和链接程序之后，检索程序二进制码:

// program:程序对象句柄
// bufSize:可以写入binary的最大字节数
// length:二进制数据的字节数
// binaryFormat:专用二进制格式标志
// binary:着色器编译器生成的二进制数据指针
void glGetProgramBinary(GLuint program, GLsizei bufSize, GLsizei *length, GLenum binaryFormat, GLvoid *binary)

这篇关于[OpenGL ES 3.0编程指南]4 着色器和程序的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

---