GLSL (OpenGL Shading Language)

GLSL（OpenGL Shading Language）是用于编写 OpenGL 图形渲染管道中着色器（Shader）的编程语言。它是一种类似 C 语言的高阶着色器编程语言，用于在 GPU 上执行图形计算。GLSL 主要用于定义图形渲染过程中的 顶点着色器、片段着色器、几何着色器 等，并通过这些着色器影响图形渲染结果。

1. GLSL概述

GLSL 是一种针对图形硬件的专门语言，它与硬件紧密结合，能够高效地处理大量数据。通过 GLSL，开发者可以自定义图形渲染过程中的每个阶段，进行细粒度的控制。GLSL 在实时图形和游戏开发中非常常见，尤其是在需要实现高级视觉效果时。

GLSL 编程的核心在于能够通过编写不同类型的着色器来控制渲染流水线的各个阶段。

2. GLSL 主要类型的着色器

在 OpenGL 渲染管道中，GLSL 代码通常用于编写以下几种着色器：

顶点着色器（Vertex Shader）：用于计算每个顶点的最终位置。顶点着色器接受每个顶点的数据，并输出其最终位置到裁剪空间（或视口空间）。常见任务包括顶点位置变换、法线变换等。
片段着色器（Fragment Shader）：用于计算每个片段（或像素）的颜色。片段着色器主要负责色彩、纹理、光照和其他像素级别的计算。它根据顶点着色器输出的片段信息计算最终的颜色值。
几何着色器（Geometry Shader）：几何着色器是可选的，它接收一个图元（如点、线或三角形）作为输入，生成更多的图元或修改现有图元。几何着色器常用于粒子系统或动态物体的细节调整。
计算着色器（Compute Shader）：虽然不是 OpenGL 渲染管道的一部分，计算着色器允许执行通用计算任务，在 GPU 上进行更广泛的计算，而不仅仅限于图形渲染。它能够与其他着色器独立执行。

3. GLSL 程序的工作流程

GLSL 程序的工作流程主要分为以下几个步骤：

编写着色器：开发者使用 GLSL 编写着色器代码，通常包括顶点着色器、片段着色器（以及可能的几何着色器）。
着色器编译：OpenGL 会在运行时编译 GLSL 代码，将着色器程序加载到 GPU 上执行。
创建着色器程序：将顶点着色器、片段着色器（以及几何着色器）连接成一个完整的程序。
使用着色器程序：在渲染时，OpenGL 使用这个着色器程序来进行渲染。

4. GLSL 语法示例

以下是一个简单的 GLSL 示例，展示了如何编写顶点着色器和片段着色器：

4.1 顶点着色器（Vertex Shader）

顶点着色器用于接收每个顶点的输入数据，通常包括顶点的坐标、颜色、法线等信息，经过处理后将输出顶点的变换后的坐标。

#version 330 core

layout(location = 0) in vec3 position;  // 顶点位置
layout(location = 1) in vec3 color;     // 顶点颜色

out vec3 fragColor;  // 传递给片段着色器的颜色

uniform mat4 model;   // 模型矩阵
uniform mat4 view;    // 视图矩阵
uniform mat4 projection;  // 投影矩阵

void main() {
    // 计算最终的变换后的顶点位置
    gl_Position = projection * view * model * vec4(position, 1.0);
    
    // 将顶点颜色传递给片段着色器
    fragColor = color;
}

在这个顶点着色器中：

position 和 color 是从顶点缓冲区传入的顶点数据。
gl_Position 是 OpenGL 内置变量，用来保存顶点在裁剪空间中的最终位置。
fragColor 是输出到片段着色器的颜色数据。

4.2 片段着色器（Fragment Shader）

片段着色器接收从顶点着色器传递过来的数据，通常是颜色、纹理坐标等信息，并计算每个像素的颜色。

#version 330 core

in vec3 fragColor;  // 从顶点着色器传递来的颜色

out vec4 finalColor;  // 输出到屏幕的最终颜色

void main() {
    // 直接将传递来的颜色作为片段颜色
    finalColor = vec4(fragColor, 1.0);
}

在片段着色器中：