GLSL

GLSL - OpenGL Shading Language 也稱作 GLslang，是一個以C語言為基礎的高階著色語言。它是由 OpenGL ARB 所建立，提供開發者對繪圖管線更多的直接控制，而無需使用汇编语言或硬體規格語言。

GLSL基本框架

背景

隨著近年來繪圖卡的進步， 已在渲染管線中的頂點（vertex）和片段（fragment）層次中，加入更具彈性的新功能。 達到在這個層次中，使用片段和頂點著色器的可編程性。

最初這個功能是以組合語言撰寫著色器來達到的。組合語言對開發者的使用是不直觀而複雜的。OpenGL ARB 建立了 OpenGL 著色語言，為 GPU 的程式設計提供更加直觀的方法，當維護開放標準的時候，就有助於帶動 OpenGL 的歷史。

最初 OpenGL 1.5 是以擴充形式引入，後來 OpenGL ARB（英语：OpenGL Architecture Review Board） 在 OpenGL 2.0 核心中正式納入 GLSL。自 1992 年建立的OpenGL 1.0 起，OpenGL 2.0 是第一個 OpenGL 的大修改版。

使用 GLSL 有如下好處：

• 具有跨平台的相容性，包括 Macintosh、Windows 和 Linux 等作業系統。
• 所有支援 OpenGL 著色語言的繪圖卡，都可以用來編寫著色器。
• 允許廠商為特定的繪圖卡產生最佳化的代碼。

詳細資料

資料類型

OpenGL 著色語言規格定義了 22 個基本資料類型，有些用法與 C 相同，其它的是繪圖處理器特有的。

• void – 用於沒有返回值的函式
• bool – 條件類型，其值可以是真或假
• int – 帶負號整數
• float – 浮點數
• vec2 – 2 個浮點數組成的向量
• vec3 – 3 個浮點數組成的向量
• vec4 – 4 個浮點數組成的向量
• bvec2 – 2 個布林組成的向量
• bvec3 – 3 個布林組成的向量
• bvec4 – 4 個布林組成的向量
• ivec2 – 2 個整數組成的向量
• ivec3 – 3 個整數組成的向量
• ivec4 – 4 個整數組成的向量
• mat2 – 浮點數的 2X2 矩陣
• mat3 – 浮點數的 3X3 矩陣
• mat4 – 浮點數的 4X4 矩陣
• sampler1D – 用來存取一維紋理的句柄（handle）（或：操作，作名詞解。）
• sampler2D – 用來存取二維紋理的句柄
• sampler3D – 用來存取三維紋理的句柄
• samplerCube – 用來存取立方映射紋理的句柄
• sampler1Dshadow – 用來存取一維深度紋理的句柄
• sampler2Dshadow – 用來存取二維深度紋理的句柄

運算子

OpenGL 著色語言提供類似於 C語言的運算子。給開發者編寫著色器的靈活性。GLSL 包含了 C和C++運算子，除了位元運算子和指標以外。

函式和控制結構

類似於 C語言，GLSL 支援迴圈和分支，包括 if、else、if/else、for、do-while、break、continue 等。

支援使用者定義函式，且各種常用的函式也已內建。這也就讓繪圖卡製造商，能夠在硬體層次上最佳化這些內建的函式。許多函式與 C 語言相同，如 exp() 以及 abs()，其它繪圖編程特有的，如 smoothstep() 以及 texture2D()。

編譯和執行

GLSL 著色器不是獨立的應用程式；其需要使用 OpenGL API 的應用程式。C、C++、C#、Delphi 和 Java 皆支援 OpenGL API，且支援 OpenGL 著色語言。

GLSL 著色器本身只是簡單的字串集，這些字串集會傳送到硬體廠商的驅動程式，並從程式內部的 OpenGL API 進入點編譯。著色器可從程式內部或讀入純文字檔來即時建立，但必須以字串形式傳送到驅動程式。

用以編譯、連結並傳送參數到 GLSL 程式的 API 集，已在三個 OpenGL 擴展中規定，且即將成為 OpenGL 2.0（页面存档备份，存于互联网档案馆） 核心的一部分。這些 API 可在以下擴展中找到：

GLSL 頂點著色器的簡單範例

void main(void) {  gl_Position = ftransform(); } 

GLSL 片斷著色器的簡單範例

void main(void) {  gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); } 

工具

GLSL 著色器可以事先建立和測試，現有以下 GLSL 開發工具：

• RenderMonkey（页面存档备份，存于互联网档案馆） - 這個軟體是由 ATI 製作的，提供界面用以建立、編譯和除錯 GLSL 著色器，和 DirectX 著色器一樣。僅能在 Windows 平台上執行。
• GLSLEditorSample - 在 Mac OS X 上，它是目前唯一可用的程式，其提供著色器的建立和編譯，但不能除錯。它是 cocoa 應用程式，僅能在 Mac OS X 上執行。
• Lumina（页面存档备份，存于互联网档案馆） - Lumina 是新的 GLSL 開發工具。其使用 QT 界面，可以跨平台。

參考文獻

• Rost, Randi J. OpenGL Shading Language. 1st ed. Pearson Education, Inc, 2004. ISBN 0-321-19789-5
• Kessenich, John, & Baldwin, David, & Rost, Randi. The OpenGL Shading Language. Version 1.10.59. 3Dlabs, Inc. Ltd.

外部連結

• GLSL 語言規格，版本 1.20（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• GLSL 參考表（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• OpenGL 程式規格^{[永久失效連結]}
• 官方 OpenGL 網站（页面存档备份，存于互联网档案馆）

• 來自 Lighthouse3D 的教學和範例（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• GLSL 開發環境（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• RenderMonkey 著色器開發環境（页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Lumina 跨平台 GLSL IDE（页面存档备份，存于互联网档案馆）

参见

• 著色語言
• HLSL，高階著色語言
• Cg，nVIDIA 的著色語言
• 程式設計
• 计算机图形学
• OpenGL
• 著色器