OpenGL 4 shaderek, GLSL Valasek Gábor

OpenGL 4 A következő programozható fázisok vannak a 4.x-es OpenGL-ben: Vertex shader Tesselation control shader Tesselation evaluation shader Geometry shader Fragment shader

OpenGL 4 pipeline

Vertex és pixel shader

Vertex shader A vertex shader programunkban végezzük el a bejövő geometria csúcspontjainak transzformációját glDrawArrays/glDrawElements hívásban hivatkozott csúcspontok lesznek a bemenetei A vertex shader bemeneti változóihoz (in módosító) a hozzárendelést a programból csináljuk A csúcspontbeli attribútumoknál ritkábban változó bemenetet uniform változókon keresztül adhatjuk át (uniform = a kirajzolás hívás idejére konstans)

Vertex shader A bejövő csúcspont koordinátáit clip space-be ( -1 <= x,y,z <= 1) kell transzformálni és a beépített gl_Position változónak átadni – ezt a pipeline nem programozható részeinek is kell gl_Position = gl_MVPMatrix * bejövő_vertex_pos4 Ezen kívül azt csinálunk „amit akarunk” (minden out-tal megjelölt változónak adhatunk értéket és továbbküldhetjük a következő programozható fázisnak)

Vertex shader A következő beépített kimeneti változók írhatóak a vertex shaderből: vec4 gl_Position: a transzformált homogén koordinátái a bejövő vertex-nek. Ebbe írnia kell a VS-nek. float gl_PointSize: a kirajzolandó pont mérete pixelben (point sprite-okhoz). Opcionális. vec4 gl_ClipVertex: felhasználói vágósíkokhoz. Opcionális. És ezeken kívül minden, amit mi is felveszünk...

Fragment shader vec4 gl_FragColor: a fragment színe, de ha nem írun bele viszont van kimeneti vec4, az lesz ez vec4 glFragData[gl_MaxDrawBuffers]: ha több color attachment-je van az aktív FBO-nak, akkor ezen keresztül írhatunk rájuk float gl_FragDepth: fragment mélységi értéke (ha módosítanánk, mint a raycasterben) vec4 gl_FragCoord: csak olvasható, a fragment homogén koordinátái (4. koord 1/w) bool gl_FrontFacing: előrefelé néz-e a fragment lapja

Vertex shader #version 400 in vec3 VertexPosition; in vec3 VertexColor; out vec3 Color; void main() { Color = VertexColor; gl_Position = vec4(VertexPosition,1.0); }

Fragment shader #version 400 in vec3 Color; out vec4 FragColor; void main() { FragColor = vec4(Color, 1.0); }

Program-shader megfeleltetések Vertex attribútumok és a shader bemeneti változóinak összerendelés: glBindAttribLocation( programHandle, // shader prog 0, // index "VertexPosition"); // sh-s nev glBindAttribLocation( programHandle, 1, "VertexColor");

Program-shader megfeleltetések glGenVertexArrays( 1, &vaoHandle ); glBindVertexArray(vaoHandle); glEnableVertexAttribArray(0); // Vertex position glEnableVertexAttribArray(1); // Vertex color glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, positionBufferHandle); glVertexAttribPointer( 0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (GLubyte *)NULL ); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorBufferHandle); glVertexAttribPointer( 1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (GLubyte *)NULL );

Program-shader megfeleltetések Lényegében tehát általános, indexekkel azonosított csatornákon keresztül megy az információátadás A csatornák száma a GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS segítségével kérhetőek le

Layout A shader oldalon is megcsinálhatjuk a bejövő csatornák „index-esítését”, és nem kell bind- olni az attrib location-öket: layout (location = 0) in vec3 VertexPosition; layout (location = 1) in vec3 VertexColor; Ezt a kimeneti változóknál is lehet használni: layout (location = 0) out vec4 FragColor;

Uniform változók A shaderen belül read-only-k (konstansok), de kezdeti értéket kaphatnak uniform mat4 MVP Típusok:, n = 2,3,4 mat<n>: n x n-es mátrix vec<n>: n dim vektor

Uniform változók Először meg kell tudnunk az OpenGL-es azonosítóját a uniform változónak: GLuint mvpInShader = glGetUniformLocation( programHandle, "MVP"); Ezután már típusának megfelelő fv-vel értéket adhatunk neki: GlUniformMatrix4fv( mvpInShader, 1, GL_FALSE, &app_mvp[0][0]); Többiek: http://www.opengl.org/sdk/docs/man/xhtml/glUn iform.xml

Uniform változók Alaptípusok tömbjét is megjelölhetünk uniform- ként Ekkor pl. egy mátrixtömb konkrét indexen lévő mátrixának azonosítóját megkapjuk így: GLuint location = glGetUniformLocation( programHandle, "MyArray[1]" );

Uniform block Több shader változó használhatja a program szempontjából ugyanazon uniform változókat Ezeket mégis külön-külön kellene feltöltenünk stb., mert ugyanannak a uniform változónak más lesz a címe a különböző shader programokban A uniform block segítségével ezen segíthetünk (csak használjunk shared layout-ot)

Uniform block – a shaderben uniform BlobSettings { vec4 InnerColor; vec4 OuterColor; float RadiusInner; float RadiusOuter; };

Uniform block A uniform változók adatait tartalmazó puffer objektum a uniform buffer object A változókra hivatkozásnál elég az adattag nevét írni, nem kell prefixelni az UBO nevével (tehát pl. elég az InnerColor, nem kell BlobSettings.InnerColor)

Uniform block GLuint blockIndex = glGetUniformBlockIndex( programHandle, "BlobSettings"); GLint blockSize; glGetActiveUniformBlockiv( programHandle, blockIndex, GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE, &blockSize); GLubyte * blockBuffer= (GLubyte *)malloc(blockSize);

Uniform block const GLchar *names[] = { "InnerColor", "OuterColor", "RadiusInner", "RadiusOuter" }; GLuint indices[4]; glGetUniformIndices( programHandle, 4, names, indices); GLint offset[4]; glGetActiveUniformsiv( programHandle, 4, indices, GL_UNIFORM_OFFSET, offset);

Uniform block GLfloat outerColor[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f}; GLfloat innerColor[] = {1.0f, 1.0f, 0.75f, 1.0f}; GLfloat innerRadius = 0.25f, outerRadius = 0.45f; memcpy(blockBuffer + offset[0], innerColor, 4 * sizeof(GLfloat)); memcpy(blockBuffer + offset[1], outerColor, 4 * sizeof(GLfloat)); memcpy(blockBuffer + offset[2], &innerRadius, sizeof(GLfloat)); memcpy(blockBuffer + offset[3], &outerRadius, sizeof(GLfloat));

Uniform block GLuint uboHandle; glGenBuffers( 1, &uboHandle ); glBindBuffer( GL_UNIFORM_BUFFER, uboHandle ); glBufferData( GL_UNIFORM_BUFFER, blockSize, blockBuffer, GL_DYNAMIC_DRAW ); glBindBufferBase( GL_UNIFORM_BUFFER, blockIndex, uboHandle );

Fragment shader #version 400 in vec3 Color; out vec4 FragColor; void main() { FragColor = vec4(Color, 1.0); }

Az összes shader

Az összes shader Az összes shader opcionális, pass-through-ként működnek ha nincs saját hozzárendelve Ha van akár geometry, akár tesszelációs shader, akkor kell legyen vertex shader is

Geometry shader Meglévő geometria módosítására, törlésére, bővítésére Bemenete a transzformált vertexekből képezett primitívekből áll Kimenete 0, 1, vagy több primitív A kimenő primitív típus különbözhet a bejövőtől! De csak egyféle típusú lehet a kimenet

Geometry shader Minden primitívre egyszer fut le A primitív összes csúcspontját eléri, a csúcspontokban tárolt összes információval együtt Lehet akár culling-ot is csinálni benne

Geometry shader EmitVertex: ha kész vagyunk a primitív egyik csúcspontjához tartozó attribútumok kitöltésével, ezzel az utasítással adhatjuk tovább a pipeline-nak Ha nincs EmitVertex, akkor implicit eldobódik csúcspont EmitPrimitive: ha elkészült a primitív összes csúcspontja, akkor EmitPrimitive-vel tudjuk visszadobni a pipeline-ba Ha nincs EmitPrimitive, akkor a GS lefutásakor implicit hívódik egy

Tesszelációs shader Ha aktiválva van, akkor csak egyetlen rajzolási primitívünk van: GL_PATCHES A patch primitív tetszőleges geometriai és egyéb információk halmaza, ami alapján a tesszelációs shader az inkrementális képszintézisnek megfelelő primitíveket hoz létre Maximális „csúcsok” száma egy patch-ben: GL_MAX_PATCH_VERTICES

Tesszelációs shader A kirajzolandó patch-adathalmaz csúcspontjainak száma: glPatchParameteri( GL_PATCH_VERTICES, num); Például Bézier kontrollpontok száma

Tesszelációs shader A patch primitívet nem rajzoljuk ki, a tesselation control és tesselation evaluator számára szolgáltat adatokat A tényleges pipeline-ba bekerülő primitíveket a tesselation primitive generator állítja elő (ez a TCS és TES között van a pipelineban)

TCS A TPG-t konfigurálja, hogy az miképp készítsen primitíveket (mennyit és melyik beépített algoritmussal) Ezen kívül per-vertex kimeneti attribútumokat állíthat elő

TES A TPG által létrehozott primitívek minden egyes (paramétertérbeli) csúcspontjára meghívódik Lényegében: a görbe- vagy felületséma kiértékelése a feladata Fő feladat: a pozíció meghatározása

Geometry shader példa

Geometry shader - bemenet A következő típusú bemenetek lehetnek: points (1) lines (2) lines_adjacency (4) triangles (3) triangles_adjacency (6) Primitívenként 1, 2, 4, 3, 6 csúcspontokkal

Geometry shader - bemenet A szomszédossági adatos primitívek OpenGL kliens oldali kódjában a következők: GL_LINES_ADJACENCY GL_LINE_STRIP_ADJACENCY GL_TRIANGLES_ADJACENCY GL_TRIANGLE_STRIP_ADJECENCY

Geometry shader - bemenet A többi primitív típusból pedig a pipeline csinálja meg a GS bemenetet Ami tehát mindig 1 primitívből áll, amihez tartozhat szomszédossági információ is Hogyan kapja ezt meg?

Geometry shader - bemenet

Geometry shader - bemenet

Geometry shader - bemenet

Geometry shader - bemenet

Geometry shader – bemenet, kimenet