webgl 系列 —— 着色器语言
其他章节请看：webgl 系列
着色器语言
本篇开始学习着色器语言 —— GLSL全称是 Graphics Library Shader Language （图形库着色器语言）
GLSL 是一门独立的语言，和其他语言一样有自己的变量、运算符、函数、循环(for)、控制语句（if）、函数、数组等等。
GLSL 比较简单。其专门用于编写着色器，舍弃了许多编程语言中复杂的东西，比如没有字符串，只有数字。
Tip: webgl 1.0 绝大多数浏览器都支持，webgl 2.0 支持度差些。webgpu 旨在取代WebGL，浏览器兼容惨不忍睹。
准备
开始前稍微准备一下环境，根据前面三角形的学习，我们很容易绘制如下矩形：
// 顶点着色器
const VSHADER_SOURCE = `
attribute vec4 a_Position;
void main() {
gl_Position = a_Position;
gl_PointSize = 10.0;
}
`
// 片元着色器
const FSHADER_SOURCE = `
void main() {
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}
`
function main() {
const canvas = document.getElementById('webgl');
const gl = canvas.getContext("webgl");
if (!gl) {
console.log('Failed to get the rendering context for WebGL');
return;
}
if (!initShaders(gl, VSHADER_SOURCE, FSHADER_SOURCE)) {
console.log('Failed to intialize shaders.');
return;
}
gl.clearColor(0, 0, 0, 1);
gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT);
const vertices = {
data: new Float32Array([
-0.5, 0.5,
-0.5, -0.5,
0.5, -0.5,
0.5, 0.5
]),
vertexNumber: 4,
count: 2,
}
initVertexBuffers(gl, vertices)
gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_FAN, 0, vertices.vertexNumber);
}
function initVertexBuffers(gl, {data, count}) {
const vertexBuffer = gl.createBuffer();
if (!vertexBuffer) {
console.log('创建缓冲区对象失败');
return -1;
}
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, vertexBuffer);
gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, data, gl.STATIC_DRAW);
const a_Position = gl.getAttribLocation(gl.program, 'a_Position');
if (a_Position < 0) {
console.log('Failed to get the storage location of a_Position');
return -1;
}
gl.vertexAttribPointer(a_Position, count, gl.FLOAT, false, 0, 0);
gl.enableVertexAttribArray(a_Position);
}将顶点着色器和片元着色器提取出单独的 js 文件。就像这样:
// demo\shader\fShader.js
const FSHADER_SOURCE = /* glsl */ `
void main() {
gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}`// demo\shader\vShader.js
const VSHADER_SOURCE = /* glsl */ `
attribute vec4 a_Position;
void main() {
gl_Position = a_Position;
gl_PointSize = 10.0;
}
`;这里的 /* glsl */ 用于 vscode 高亮 glsl。就像这样（左侧高亮）：
高亮 glsl
笔者选择 vscode 安装 Comment tagged templates（重启后仍未生效，后切换安装的版本，再次重启即可）:
如果你是基于 webpack 这种模块化的开发，可以安装 WebGL GLSL Editor，直接编写 .glsl 就能高亮:
基础
[*]区分大小写
[*]每个语句以一个分号结束
[*]单行注释 //、多行注释 /* */
// 单行注释
/*
多行注释
*/变量名
变量命名规则如下：
[*]只能包含字母、数字、下划线
[*]首字母不能是数字
[*]不能是关键字和保留字
[*]不能以gl_、webgl_ 或 _webgl_ 开头，这部分已经被 OpengGL ES 保留了
Tip: 变量的命名就按照js的习惯来就好，如果有问题，浏览器会给出较好的错误提示。就像这样：
// 只能包含字母、数字、下划线 - ERROR: 0:15: '$' : invalid character
int a$ = 1;
// 首字母不能是数字 - ERROR: 0:11: '0aA0_' : invalid number
int 0aA0_ = 1;
// 不能是关键字 - ERROR: 0:19: 'for' : syntax error
int for = 1;
// 不能是保留字 - Illegal use of reserved word 非法使用保留字
int class = 1;
// 不能以 gl_、webgl_ 或 _webgl_ 开头 - ERROR: 0:24: 'gl_' : reserved built-in name 保留的内置名称
int gl_a = 1;基本类型
不像 js 有 number、string、boolean、null、undefined、bigint、symbol 等 7 种基本类型，这里只有数字(int、float)和布尔(bool)。
// 精度限定字。否则浏览器控制台报错：No precision specified for (float)
precision mediump float;
int a = 1; // 整型
float b = 1.0; // 浮点
bool c = true; // 布尔类型Tip: js 不区分整数和浮点数，其数字都是64位的双精度，类似 java 中的 double。而如果把整数赋值给 flat(float b = 1;) 就会报错。
类型转换
由于基本类型就三种（int、float、bool），所以类型转化也较js简单多了，共 6 种。
[*]int(float) - 转整型。删除浮点小数部分，转为整数（比如 3.14 转为 3）
[*]int(bool) - 转整型。true 转 1，false 转 0
[*]float(int) - 转浮点。（比如 1 转 1.0）
[*]float(bool) - 转浮点。true 转 1.0，false 转 0.0
[*]bool(int) - 0 转 false，非 0 转 true
[*]bool(float) - 0 转 false，非 0 转 true
例如将浮点转为整型：int d = int(1.0);
运算符
glsl 支持的运算符和 js 中类似。比如都有：
<ul>加减乘除（+、-、、/、+=、-=、=、/=）
自增、自减（++、--）
比较（>、=、 matrix => 1数组
glsl 只支持一维数组，没有 pop()、push() 等操作。声明数组无需使用 new ，只需要在变量名后添加[]和数组长度。就像这样：
// 参与运算的类型必须都是整数
int e = 1 + 1.0; // 错
int e = 1 + 1; // 对数组不能在声明时初始化，必须显示的对每个元素进行初始化。就像这样：
// ! 只能操作布尔类型
bool e = !1; // 错
bool e = !true; // 对疑惑：报错'vec4Array' : syntax error
注：下面这段代码会报错，需要增加 const：
// condition 类型得是 bool
int e = 1 ? 1 : 2; // 错
int e = true ? 1 : 2; // 对// vec4 变量需要4个浮点数分量
vec4 e = 1.0;// 错
vec4 e = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 4.0); // 对取样器
glsl 提供一种内置类型：取样器（sample），必须通过该类型变量访问纹理。有两种基本取样器：sampler2D、samplerCube。
例如在绘制猫时，我们用到 sampler2D：uniform sampler2D u_Sampler;
结构体
glsl 通过 struct 可以自定义类型。类似 js 中的对象，访问也是通过 .。就像这样：
vec3 v3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
// 使用 v3 的前两个元素
vec2 v2 = vec2(v3);
// 将 v4 设置为 (1, 1, 1, 1)
vec4 v4 = vec4(1);
// 取v2两个元素，v4也取前两个
vec4 v4b = vec4(v2, v4);精度限定字
glsl 引入精度限定字，用于帮助着色器程序提高运行效率，减小开销。
精度限定字用于表示每种数据具有的精度（比特数）。高精度的需要更大的开销（内存、计算时间），低精度开销则小。
在低精度下，webgl 程序运行结果比较粗糙，甚至不准确，这个需要考虑程序效能和性能的平衡。
webgl 支持高中低三种精度：
如果不确定，可以选择中精度。例如为所有浮点都选择中精度：precision mediump float;
也可以为每个变量设置精度。就像这样：mediump float size;
数据类型的默认精度请看下表：
由于片元着色器中的 float 没有精度，所以需要手动指定，否则会报错：No precision specified for (float)
循环和分支
for
语法：
// 错。接收不止一个参数，但参数个数又比矢量元素少
vec4 v4_2 = vec4(1, 1);例如：
vec3 v3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
float x = v3.x; // 1.0
float y = v3.y; // 2.0
float z = v3.z; // 3.0以下几点需要注意：
[*]循环变量(例如 i)只能在初始化表达式中定义
[*]条件表达式如果为空，则返回 true
[*]只允许一个循环变量，循环变量只能是 int 或 float
[*]循环表达式必须是（假如是 i）: i++、i--、i+=、i-=
[*]条件表达式必须是循环变量和整型常量的比较（i < 10.0 错误）
疑惑：如下for语句导致浏览器报错
vec3 color = vec3(1.0, 0.0, 0.0);
float x = v3.x; // 1.0if...else
语法：
vec3 v3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
vec2 v2 = v3.xz; // v2 设为 (1.0, 3.0)
vec2 v2 = v3.zz; // v2 设为 (3.0, 3.0)条件表达式：布尔或产生布尔的表达式。请看：
// ERROR: 0:31: 'v3' : syntax error
vec3 v3 = vec3(1.0, 2.0, 3.0);
v3.xz = vec2(5.0, 6.0); // 预期：v3 设为 (5.0, 2.0, 6.0)函数
在 js 中定义一个函数：
vec3 color1 = vec3(1.0, 1.0, 1.0);
vec3 color2 = vec3(0.0, 0.0, 1.0);
void main() {
// color1 + color2 等于 (1.0 + 0.0, 1.0 + 0.0, 1.0 + 1.0)，由于 大于1也是等于1，所以最后是 (1.0, 1.0, 1.0)
gl_FragColor = vec4(color1 + color2, 1.0);
}如果不 return，js 默认返回 undefined。
glsl 中如果没有返回值则需要用到 void，否则得申明具体返回类型。就像这样：
const VSHADER_SOURCE = `
attribute vec4 a_Position;
// 向左平移 0.5
float tX = -0.5;
// 行列得颠倒
mat4 matrix = mat4(
1,0, 0, 0,
0,1, 0, 0,
0,0, 1, 0,
tX, 0, 0, 1
);
void main() {
gl_Position = matrix * a_Position;
}
`;matrix =>
matrix => 1glsl 也提供了一些内置函数，例如角度转弧度的 radians()，可直接使用。请看下表：
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来源:https://www.cnblogs.com/pengjiali/p/17265809.html
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