OGLES顶点着色器

顶点着色器在模型变换到裁剪空间阶段，主要进行几何变换和光照的计算，逐顶点颜色，法线和纹理坐标计算。

顶点着色器的输入包括

1）属性 2）统一变量和统一变量缓冲区 3）采样器 4）着色器程序

顶点着色器内建变量

1）内建特殊变量

gl_VertexID gl_Position gl_InstanceID gl_PointSize gl_FrontFacing是否是正面

2）内建统一状态

顶点着色器唯一可用的内建统一状态是窗口坐标中的深度范围。由内建统一变量： gl_DepthRange给出，该声明内建定义为： struct gl_DepthRangeParameters { highp float near; highp float far; highp float diff;// far - near } uniform gl_DepthRangeParameters gl_DepthRange;

3)内建常量

const mediump int gl_MaxVertexAttribs = 16;//16个vec4输入 const mediump int gl_MaxVertexUniformVectors = 256; const mediump int gl_MaxVertexOutputVectors = 16; // 16个vec4 const mediump int gl_MaxVertexTextureImageUnits = 16; // 顶点着色器中用的纹理最大数 const mediump int gl_MaxCombinedTextureImageUnits = 32;// 顶点和片段中用的纹理最大数

顶点着色器的应用

1)光照的计算

分为平行光，点光源，聚光灯计算。 光源位置，方向，顶点位置方向，转换到统一的相对位置中，例如统一转换到世界坐标系或视图坐标系。 光源和材质的镜面反射，漫反射，环境光，还有材质高光光泽度，材质自发光。 在多光源光照下的计算，还要考虑点光源和聚光灯的衰减，阴影的作用，雾的作用。

2)纹理坐标生成

GL_SPHERE_MAP GL_REFLECTION_MAP GL_SPHERE_MAP计算方法为： vec2 sphere_map(vec3 position, vec3 normal) { reflection = reflect(position, normal); m = 2.0 * sqrt(reflection.x * reflection.x + reflection.y*reflection.y + (reflection.z + 1) *(reflection.z + 1)); return vec2((reflection.x / m + 0.5), (reflection.y / m + 0.5)); } GL_REFLECTION_MAP计算方法为: vec3 cube_map(vec3 position, vec3 normal) { return reflect(position, normal); }

3）骨骼蒙皮动画

顶点着色器骨骼动画，一般需要计算顶点位置和法向量位置，法向量一般用顶点变换矩阵即可（因为骨骼动画一般不包含非等比缩放），所以(M^-1)^T = M。

4 ) 变换反馈

使用变换反馈，可以将顶点着色器的输出到缓冲区对象中，缓冲区可作为后续绘图调用中顶点数据的来源，这种方法对于在GPU上执行动画而无需任何CPU干预的许多技术很有用，例如顶点动画或渲染到顶点缓冲区的物理学模拟。 // 1.设置顶点着色器相关顶点信息输出到指定的变换反馈缓冲区 glTransformFeedbackVaryings (GLuint program, GLsizei count, const GLchar *const*varyings, GLenum bufferMode); 例如： const char *feedbackVaryings[5] = { "v_position", "v_velocity", "v_size", "v_curtime", "v_lifetime" }; // Set the vertex shader outputs as transform feedback varyings glTransformFeedbackVaryings ( userData->emitProgramObject, 5, feedbackVaryings, GL_INTERLEAVED_ATTRIBS ); // Link program must occur after calling glTransformFeedbackVaryings glLinkProgram ( userData->emitProgramObject ); // 2.开始变换反馈绘制 glBeginTransformFeedback ( GL_POINTS ); glDrawArrays ( GL_POINTS, 0, NUM_PARTICLES ); glEndTransformFeedback(); // Create a sync object to ensure transform feedback results are completed before the draw that uses them. userData->emitSync = glFenceSync ( GL_SYNC_GPU_COMMANDS_COMPLETE, 0 ); // 3.绑定自己的输出缓冲区到反馈缓冲区 // Set transform feedback buffer glBindBuffer ( GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, dstVBO ); glBindBufferBase ( GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0, dstVBO ); // Restore state // 4.禁止光栅化，避免片段着色器执行 glDisable ( GL_RASTERIZER_DISCARD ); glUseProgram ( 0 ); // 5.解绑定反馈缓冲区 glBindBufferBase ( GL_TRANSFORM_FEEDBACK_BUFFER, 0, 0 ); glBindBuffer ( GL_ARRAY_BUFFER, 0 ); glBindTexture ( GL_TEXTURE_3D, 0 ); // Block the GL server until transform feedback results are completed glWaitSync ( userData->emitSync, 0, GL_TIMEOUT_IGNORED ); glDeleteSync ( userData->emitSync ); // 6.后续绘制设置使用输出数据 SetupVertexAttributes ( esContext, userData->particleVBOs[ userData->curSrcIndex ] );

5）顶点纹理

OES3.0顶点着色器中可以应用纹理，在用纹理数据处理顶点位置偏移的应用中很有用，类似地形和水面。 顶点着色器中执行纹理查找有一些限制： 细节层次不是隐含的计算。 不接受texture查找函数中的偏差参数。 基本纹理用于mip贴图纹理。 地形根据法线贴图进行凹凸设置： void main() { v_color = a_color; float displacement = texture(displacementMap, a_texcoord).a; vec4 displaced_position = a_position + vec4(a_normal*displacement, 0.0); gl_Position = u_mvpMatrix * displaced_position; }