Я не являюсь носителем английского языка, и когда я пытаюсь пройти через вики и учебники openGL на www.learnopengl.com, это никогда не становится понятным по интуиции, как работает целая концепция. Может кто-нибудь может объяснить мне более абстрактным образом, как это работает? Что такое вершинный шейдер и шейдер фрагмента и для чего мы их используем?
Что такое шейдеры в OpenGL и для чего они нам нужны?
Ответ 1
OpenGL wiki дает хорошее определение:
Шейдер - это пользовательская программа, предназначенная для работы на каком-либо этапе графического процессора.
В прошлом видеокарты были непрограммируемыми кусочками кремния, которые выполняли набор фиксированных алгоритмов:
- входные данные: трехмерные координаты треangularьников, их цвета, источники света
- вывод: 2D изображение
все с использованием одного фиксированного параметризованного алгоритма, обычно вдоль https://en.wikipedia.org/wiki/Phong_reflection_model.
Но это было слишком ограничительно для программистов, которые хотели создавать множество различных сложных визуальных эффектов.
Так как технология производства полупроводников продвинулась, и разработчики графических процессоров смогли собрать больше транзисторов на квадратный миллиметр, поставщики стали разрешать программировать некоторые части конвейера рендеринга на языках программирования, таких как Ca-подобный GLSL.
Затем эти языки преобразуются в полу-недокументированные наборы инструкций, которые работают на небольших "процессорах", встроенных в новые графические процессоры.
Еще недавно шейдерные языки не были даже завершены по Тьюрингу.
Термин GPU общего назначения (GPGPU) относится к повышенной программируемости современных графических процессоров.
В модели OpenGL 4 программируются только синие этапы следующей диаграммы:
Шейдеры берут входные данные с предыдущего этапа конвейера (например, положения вершин, цвета и растеризованные пиксели) и настраивают вывод на следующий этап.
Два самых важных из них:
- вершинный шейдер:
- вход: положение точек в трехмерном пространстве
- вывод: 2D проекция точек (с использованием 4D матричного умножения). Смотрите: fooobar.com/questions/84610/...
- фрагментный шейдер:
- ввод: 2D-положение всех пикселей треangularьника + (цвет краев или текстурное изображение) + параметры освещения
- вывод: цвет каждого пикселя треangularьника (если он не перекрыт другим более близким треangularьником), обычно интерполированный между вершинами
Шейдер имен не очень описателен для текущих архитектур: "шейдеры" в GLSL также управляют позициями вершин, не говоря уже об OpenGL 4.3 GL_COMPUTE_SHADER, который допускает произвольные вычисления, совершенно не связанные с рендерингом, во многом как OpenCL.
Может ли TODO быть эффективно реализован OpenGL только с помощью OpenCL, то есть сделать все этапы программируемыми? Конечно, между производительностью и гибкостью должен быть компромисс.
Первые графические процессоры с шейдерами использовали различное специализированное оборудование для затенения вершин и фрагментов, поскольку они имеют совершенно разные рабочие нагрузки. Однако в современных архитектурах для всех шейдеров используется один тип оборудования (в основном небольшие процессоры), что экономит некоторое дублирование оборудования. Эта концепция известна как: https://en.wikipedia.org/wiki/Unified_shader_model
Чтобы по-настоящему понять шейдеры и все, что они могут сделать, вам нужно посмотреть на множество примеров и изучить API. https://github.com/JoeyDeVries/LearnOpenGL например хороший источник.
В современном OpenGL 4 даже программы hello world triangle используют супер простые шейдеры вместо устаревших устаревших непосредственных API, таких как glBegin и glColor. Вот пример: fooobar.com/questions/83794/...
Одним из классных классных применений нетривиального шейдера являются динамические тени:
Ответ 2
Шейдеры в основном дают вам правильную окраску объекта, который вы хотите отобразить, на основе нескольких уравнений света. Поэтому, если у вас есть сфера, свет и камера, тогда камера должна видеть некоторые тени, некоторые блестящие части и т.д., Даже если сфера имеет только один цвет. Шейдеры выполняют вычисления уравнения света, чтобы дать вам эти эффекты.
Вершинный шейдер преобразует каждую трехмерную позицию вершины в виртуальном пространстве (вашу 3d-модель) в 2D-координату, на которой он появляется на экране.
Фрагмент-шейдер в основном дает вам раскраску каждого пикселя, выполняя легкие вычисления.