【OpenGL】GLSL基础语法

GLSL（OpenGL Shading Language）是用于编写 OpenGL 着色器程序的高级编程语言，主要分为顶点着色器（Vertex Shader）、片段着色器（Fragment Shader），有时还会用到几何着色器（Geometry Shader）等。

1. 版本声明

在 GLSL 代码开头，通常需要声明使用的 GLSL 版本，以确保编译器能正确解析代码。

#version 330 core

• #version 是预处理指令。
• 330 表示使用的是 OpenGL 3.3 对应的 GLSL 版本。
• core 表示使用核心模式，该模式移除了一些已被弃用的特性。

2. 数据类型

2.1 基本数据类型

• float：单精度浮点数，例如 float myFloat = 1.0;。
• int：整数类型，例如 int myInt = 5;。
• bool：布尔类型，值为 true 或 false，例如 bool myBool = true;。

2.2 向量类型

向量类型由基本数据类型组合而成，常见的有：

• vec2、vec3、vec4：分别表示二维、三维和四维浮点数向量。例如：

vec2 myVec2 = vec2(1.0, 2.0);
vec3 myVec3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
vec4 myVec4 = vec4(1.0, 2.0, 3.0, 4.0);

• ivec2、ivec3、ivec4：整数向量。
• bvec2、bvec3、bvec4：布尔向量。

2.3 矩阵类型

矩阵类型用于表示变换矩阵，常见的有：

• mat2、mat3、mat4：分别表示 2x2、3x3 和 4x4 的浮点数矩阵。例如：

mat4 myMat4 = mat4(1.0, 0.0, 0.0, 0.0,0.0, 1.0, 0.0, 0.0,0.0, 0.0, 1.0, 0.0,0.0, 0.0, 0.0, 1.0
);

3. 变量声明与修饰符

3.1 变量声明

和其他编程语言类似，GLSL 声明变量时需要指定类型。例如：

float myFloat;
vec3 myVec3;

3.2 修饰符

• in：用于声明输入变量，通常用于顶点着色器接收顶点属性，或片段着色器接收顶点着色器传递的数据。例如：

// 顶点着色器中接收顶点位置
layout (location = 0) in vec3 aPos;

layout (location = 0) 是用于指定该输入变量在顶点属性中的位置。

• out：用于声明输出变量，顶点着色器使用 out 变量将数据传递给片段着色器。例如：

// 顶点着色器中传递颜色数据给片段着色器
out vec3 ourColor;

• uniform：用于声明全局变量，在着色器程序运行期间保持不变，可在 CPU 端设置其值。例如：

// 片段着色器中使用的全局颜色变量
uniform vec4 ourColor;

4. 函数

4.1 内置函数

GLSL 提供了许多内置函数，用于数学计算、向量和矩阵操作等。例如：

• length()：计算向量的长度。

vec3 myVec3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
float len = length(myVec3);

• dot()：计算两个向量的点积。

vec3 vecA = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
vec3 vecB = vec3(0.0, 1.0, 0.0);
float dotProduct = dot(vecA, vecB);

4.2 用户自定义函数

用户可以自定义函数，函数定义包括返回类型、函数名、参数列表和函数体。例如：

// 自定义函数：计算两个向量的和
vec3 addVectors(vec3 a, vec3 b) {return a + b;
}

5. 顶点着色器和片段着色器示例

5.1 顶点着色器示例

#version 330 core
// 输入顶点位置
layout (location = 0) in vec3 aPos;
// 输出颜色数据给片段着色器
out vec3 ourColor;void main()
{// 设置顶点位置gl_Position = vec4(aPos.x, aPos.y, aPos.z, 1.0);// 传递颜色数据ourColor = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
}

5.2 片段着色器示例

#version 330 core
// 接收顶点着色器传递的颜色数据
in vec3 ourColor;
// 输出最终的片段颜色
out vec4 FragColor;void main()
{// 设置片段颜色FragColor = vec4(ourColor, 1.0);
}

6. 向量分量访问

可以通过不同的方式访问向量的分量：

• 按顺序访问：使用 .x、.y、.z、.w 访问向量的分量，也可以使用 .r、.g、.b、.a（用于颜色）或 .s、.t、.p、.q（用于纹理坐标）。例如：

vec3 myVec3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
float x = myVec3.x;
float r = myVec3.r;

• 分量重组：可以通过重新组合向量的分量来创建新的向量。例如：

vec3 myVec3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
vec2 newVec2 = myVec3.xy;
vec4 newVec4 = vec4(myVec3.zyx, 1.0);

7. 控制流语句

GLSL 支持常见的控制流语句，如 if-else、for 循环等。

7.1 if-else 语句

float value = 5.0;
if (value > 10.0) {// 执行某些操作
} else {// 执行其他操作
}

7.2 for 循环

for (int i = 0; i < 10; i++) {// 循环体
}