Shadersammlung

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Was sind Shader?

Die traditionelle Funktionspipeline der OpenGL ist sehr beschränkt, neuere Algorithmen erfordern eine viel höhere Flexibilität. Shader sind kleine Programme die es erlauben Teile der Funktionspipeline völlig frei zu programmieren. Dies bietet völlig neue Möglichkeiten. Auf der einen Seite sind Shader für Einsteiger eine gewisse Hürde, auf der anderen Seite können sie viele Dinge aber auch enorm vereinfachen. Aus diesem Grund wurde in OpenGL 3.1 sowie OpenGL ES 2.0 die feste Funktionspipeline entfernt, so dass Shader dort verpflichtend sind.

Der Artikel Shader gibt einen ausführlichen Überblick zum Thema sowie eine Linksammlung für den Einstieg.

Shader hinzufügen

Die Shadersammlung braucht deine Hilfe um zu wachsen. Wenn du einen Shader bereitstellen könntest wäre dies ein toller Dienst für die Community.

Wer einen Shader zur Shadersammlung hinzufügen möchte, findet am Ende dieses Seite eine Vorlage.

Schwierigkeitsgrad

Es ist nicht leicht einen Schwierigkeitsgrad für Shader anzugeben, trotzdem haben wir dies einmal versucht. Der Schwierigkeitsgrad kann zumindest für Einsteiger einen groben Hinweis geben was man sich vielleicht mal anschauen könnte.

ShaderLevel1.jpg
Der Shader ist für Einsteiger geeignet. Um den Shader herum wird keine zusätzliche Infrastruktur benötigt.
ShaderLevel2.jpg
Der Shader ist für Einsteiger geeignet, benötigt aber etwas zusätzliche Infrastruktur. Etwa benötigt ein Post-Processing-Shader ein FrameBufferObject, für Bumpmapping wird eine Normalmap benötigt.
ShaderLevel3.jpg
Mittlerer Schwierigkeitsgrad. Der Shader ist etwas komplizierter und/oder benötigt viel zusätzliche Infrastruktur.
ShaderLevel4.jpg
Hoher Schwierigkeitsgrad. Der Shader ist kompliziert und/oder verwendet intensiv Extensions.
ShaderLevel5.jpg
Extremer Schwierigkeitsgrad...alles was es sonst noch gibt.

GLSL-Shader

Die hier gelisteten Shader sind in Kategorien aufgeteilt. Weitere Kategorien dürfen bei Bedarf einfach ergänzt werden.

Beleuchtung und Texturen

Diese Kategorie umfasst alles vom einfachen Fixed-Function-Pipeline-Ersatz über PerPixel-Licht und Bumpmapping bis zu ShadowMaps. Der Shader-Einsteiger wird in dieser Kategorie sicherlich fündig.

Verysimple von damadmax
ShaderLevel1.jpg
(kein Bild vorhanden)
Ein einfacher Shader, welcher eine Textur an Vertices bindet. Dieser Shader baut damit das Standardverhalten der festen Pipeline nach.
Per Pixel-Beleuchtung von Ireyon
ShaderLevel1.jpg
shader ppl.png
Shader, der Per Pixel beleuchtet.
Per Pixel-Beleuchtung2 von Olee
ShaderLevel1.jpg
PPLShader.jpg
Beleuchtet Flächen nach Pixeln anstatt wie OpenGl-Licht je Vertex. Erlaubt unendlich weit entferntes Licht und beachtet glFog.
BumpmappingShader von Bergmann89
ShaderLevel2.jpg
Bumpmapping.JPG
BumpmappingShader auf der Basis des Per Pixel-Beleuchtung-Shaders
Kegelvolumen-Schatten von Coolcat
ShaderLevel3.jpg
shader ConeVolumeShadow2.jpg
Spezialshader für realistische Schatten einer Kugellichtquelle. Kugellichtquellen erzeugen im Gegensatz zu den üblichen Punktlichtquellen weiche Schatten. Dieser Ansatz ist im Vergleich extrem schnell, da er nur eine Erweiterung des gewöhnlichen Per-Pixel-Lighting darstellt. Allerdings funktioniert dieser Shader nur dann, wenn es sich bei sämtlichen Schatten werfenden Objekten in der Szene um Kugeln handelt.

Post-Processing

Post-Processing-Shader zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf die gesamte Szene angewendet werden nachdem diese bereits gerendert wurde. Üblicherweise wird die Szene zuerst mit einem FramebufferObject (FBO) in eine Textur gerendert. Anschließend wird diese Textur auf ein bildschirmfüllendes Quad gespannt und mit dem Post-Processing-Shader gerendert.

Sepia-Shader von Markus
ShaderLevel2.jpg
shader sepia nachher.jpg
Post-Processing-Shader, welcher einen Sepia-Farbfilter auf die Szene anwendet.
Radial Blur von Markus
ShaderLevel2.jpg
shader radial blur nachher.jpg
Post-Processing-Shader, welcher die Szene ausgehend von einem beliebigen Punkt verwischt.
Blur-Shader von Skeptiker und Coolcat
ShaderLevel3.jpg
Shader blur seerose blured small.jpg
Post-Processing-Shader, welcher die Szene insgesamt verwischt. Dieser Shader kann beispielsweise genutzt werden um einen Glow-Effekt zu erreichen.

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Stereoskopie von Joni
ShaderLevel2.jpg
shader stereo preview.png
Sammlung von Post-Processing-Shadern, welche ein linkes und ein rechtes Bild als Stereogramm mit verschiedenen Methoden (verschiedene Anaglyphen, Zeilenverschachtelung, ...) anzeigen.

Geometrie

Hier finden sich Shader die die Geometrie entweder komplett neu erzeugen oder stark verändern. Es muss nicht unbedingt Geometryshader oder Instancing sein, auch mit dem Vertexshader kann man schon viel anstellen. Ein klassisches Beispiel ist die Mesh-Animation.

Heightmap-Terrain von Coolcat
ShaderLevel3.jpg
Terrain.jpg
Shader für ein Heightmap-Terrain der ShaderModel 4.0 Features nutzt. Das Terrain wird zur Laufzeit fast vollständig aus der Heightmap generiert, was ordentlich Speicherplatz spart. Im Fragmentshader werden drei Texturlayer mit Hilfe einer Alphamap interpoliert

Extensions:
GL_EXT_gpu_shader4

Instancing-Shader von Coolcat
ShaderLevel4.jpg
shader Instancing.jpg
Dieser Shader zeigt die Benutzung von GL_ARB_draw_instanced. Ein häufiger Anwendungsfall ist das rendern vieler gleichartiger Objekte. Die Extension beschleunigt derartige Anwendungen, in dem die Anzahl der API-Aufrufe und die Menge redundanter Daten reduziert wird.

Extensions:
GL_ARB_draw_instanced
GL_EXT_gpu_shader4
GL_EXT_texture_buffer_object
GL_ARB_texture_float

Tesselation-Shader von dj3hut1
ShaderLevel4.jpg
Tesselation s.png
Dieser Shader nutzt einen Geometry Shader um ein Dreieck zu tesselieren.

Extensions:
GL_ARB_geometry_shader4

Normal Debugging-Shader von dj3hut1
ShaderLevel4.jpg
Normal debug s.png
Nützlicher Shader um ohne viel Aufwand die Normalen eines Modells anzuzeigen.

Extensions:
GL_ARB_geometry_shader4

Partikel

Natürlich kann man auch bei einem Partikelsystem Shader einsetzen. Mit etwas Geschick kann man die gesamte Berechnung sogar vollständig auf die Grafikkarte verlagern um die CPU zu entlasten.

GPU Partikelsystem von Coolcat
ShaderLevel5.jpg
Partikel-Gravitation.jpg
Ein GPU-Partikelsystem welches insbesondere auf SM4 Features wie Geometryshader und Transform-Feedback setzt. So ist auch eine Partikel-Partikel-Interaktion mit über 200.000 Partikeln ist kein Problem.

Extensions:
GL_EXT_geometry_shader4
GL_NV_transform_feedback
GL_EXT_gpu_shader4
GL_EXT_texture_buffer_object
GL_ARB_texture_float
GL_EXT_texture_integer

GPU Partikelsystem für alte Hardware von Oc2k1
ShaderLevel5.jpg
(kein Bild vorhanden)
Ebenfalls ein GPU-Partikelsystem, welches aber auf FramebufferObjects und Fragmentshader setzt. Damit sollte es auch auf älterer Hardware funktionieren.

Extensions:
GL_ARB_texture_float

Sonstiges

Hier kommt alles rein was sonst nirgendwo rein passt und eine neue Kategorie nicht lohnenswert ist.

Game of Life von dj3hut1
ShaderLevel3.jpg
Game of life s.png
Simuliert das altbekannte 'Game of Life' im Shader.
Pseudozufallsgenerator von Coolcat
ShaderLevel4.jpg
shader Zufallsgenerator.png
Generierung von Pseudozufallszahlen im Shader mit GL_EXT_gpu_shader4. Außerdem eine Beispielanwendung: Ein reproduzierbares pesudozufälliges Verwirbelfeld für ein GPU-Partikelsystem.

Extensions:
GL_EXT_gpu_shader4

Non-GLSL-Shader

In diesem Abschnitt findet ihr Shader die mit einer anderen Technik als GLSL geschrieben wurden.

Texturing (ARB) von dj3hut1
ShaderLevel1.jpg
Texarb textured s.png
Demonstriert eine einfache Texturierung.
Phong per Pixel (ARB) von dj3hut1
ShaderLevel1.jpg
Phong arb s.png
Per-Pixel-Beleuchtung.
Diffuse Bumpmapping (NVIDIA-Cg) von igel457
ShaderLevel2.jpg
shader diffuse bumpmapping cg.jpg
Wendet diffuses Bumpmapping auf eine beliebige Oberfläche an.
Surface Scattering (ARB) von dj3hut1
ShaderLevel3.jpg
Scattering s.jpg
Der Shader bestimmt die Distanz, die Licht durch ein Material zurücklegt. Auf diese Weise wird die Lichtdurchlässigkeit bestimmt.

Vorlage

Die Shadersammlung braucht deine Hilfe um zu wachsen. Wenn du einen Shader bereitstellen könntest wäre dies ein toller Dienst für die Community.

Folgende Schritte müssen gemacht werden um einen Shader einzutragen:

  1. Erstelle mit Hilfe der Shaderartikelvorlage einen neuen Artikel. Dazu den wiki-Code der Vorlage einfach kopieren und in den neuen Artikel einfügen. Der Artikelname sollte mit dem Präfix shader_ beginnen, z.B. shader_Wasser2d für einen 2D Wassershader.
  2. Da Shader zu 90% optische Effekte bewirken, sollte (mindestens) ein aussagekräftiges Beispielbild im Shaderartikel hinterlegt werden. Eines der Bilder sollte dann auch hier in der Liste verlinkt werden.
  3. Füge deinen Shader in die Shadersammlung ein. Verwende dazu dieses Template:
    |-
    | {{TableHead}} | [[shader_Wasser2d|2D Wassershader]] von [[Benutzer:DeinName|DeinName]]
    | {{Table150R2}} | [[Bild:Wassershader2D.jpg|150px|150px]]
    |-
    | {{TableCell}} | Einige Sätze zur Beschreibung des Shaders. {{ShaderLink|shader_Wasser2d}}

    '''Extensions:'''<br>
    Liste von notwendigen Extensions.
    |-
  4. Keine Angst, es muss nicht alles auf Anhieb perfekt sein.

Falls du Fragen oder Probleme mit der Vorlage hast, im DGL-Chat oder Forum hilft man immer gerne.