Tutorial glsl
Inhaltsverzeichnis
Präambel
Ave und willkommen bei meiner "Einführung" in die recht frische und mit OpenGL1.5 eingeführte Shadersprache "glSlang". In diesem umfangreichen Dokument werde ich versuchen sowohl auf die Nutzung (sprich das Laden und Anhängen von Shadern im Quellcode), als auch auf die Programmierung von Shadern selbst einzugehen, inklusive aller Sprachelemente der OpenGL Shadersprache. Es wird also auch recht viele Informationen zu der C-ähnlichen Programmstruktur und den von glSlang angebotenen Variablen und Attributen gehen. Am Ende dieser Einführung sollten alle die, die sich für das Thema interessieren in der Lage sein zumindest einfach Shader zu schreiben und auch in ihren Programmen zu nutzen. Ausserdem soll dieses Dokument gleichzeitig als ein deutsches "Pendant" zu den von 3DLabs veröffentlichten Shaderspezifikationen, und damit als alltägliches Nachschlagewerk dienen.
Vorkenntnisse
Wie auch schon mein ARB_VP-Tutorial richtet sich auch diese Einführung aufgrund ihrer Thematik eher an die fortgeschritteneren GL-Programmierer und neben sehr guten GL-Kenntnissen sollten sich alle, die sich daran versuchen wollen, mit den technischen Hintergründen der GL, wie z.B. dem Aufbau der Renderpipeline auskennen. Weiterhin sind C-Kenntnisse absolut erforderlich, da die Shader ja in einer an ANSI-C angelehnten Syntax geschrieben werden. Auch Begriffsdefinitionen zu Vertex oder Fragment werden zum Verständis dieser Einführung benötigt. Wer also noch am Anfang seiner GL-Karriere steht, dem wird dieses Dokument nicht viel nützen. Ganz nebenbei solltet ihr auch noch eine gehörige Portion Zeit (am besten nen kompletten Nachmittag) mitbringen, denn die folgende Kost ist nicht nur umfangreich sondern auch manchmal recht schwer verdaulich.
Was ist glSlang?
Wie Eingangs kurz angesprochen handelt es sich bei glSlang um eine Shadersprache, also um eine Hochsprache in der man die programmierbaren Teile aktueller Grafikbeschleuniger nach eigenem Belieben programmieren kann. Sie stellt quasi den Nachfolger zu den in assembler geschriebenen Vertex- und Fragmentprogrammen (GL_ARB_Vertex_Program/GL_ARB_Fragment_Program) dar und basiert auf ANSI C, erweitert um Vektor- und Matrixtypen sowie einige C++-Mechanismen.
Die in glSlang geschriebenen Programme nennen sich, angepasst an die Termonologie von RenderMan und DirectX, Shader (im Gegensatz zu "Programme" bei ARB_VP/FP) und werden entweder auf Vertexe (VertexShader) oder Fragmente (FragmentShader) angewendet, andere noch nicht programmierbare Teile der GL-Pipeline wie z.B. die Rasterisierung können momentan noch nicht über Shader beeinflusst werden.
Voraussetzungen
glSlang ist ein brandneues Feature, das mit OpenGL1.5 eingeführt wurde, weshalb eine entsprechend moderne Grafikkarte (DX9-Generation) inklusive aktuellster Treiber von Nöten ist. Der Stand zum Zeitpunkt als diese Einführung geschrieben wurde (24.12.2003) ist folgender : ATI hat seit Catalyst 3.10 glSlang-fähige Treiber, deren glSlang-Compiler allerdings noch nicht alle Features unterstützt. Bei 3DLabs ist dieser Fall ähnlich, deren Treiber bieten allerdings schon etwas länger glSlang-Support. NVidia lassen sich diesmal allerdings recht lange Zeit und haben noch keine Treiber am Start die glSlang beherrschen, hier ist also noch etwas Geduld angesagt. Allerdings sollten auch die Kalifornier bald mit glSlang-fähigen Treibern für ihre GeForce FX-Reihe rausrücken.
Natürlich benötigt ihr auch einen passenden OpenGL-Header der die für glSlang nötigen Extensions und Funktionen exportiert. Ich verweise dazu auf unseren internen OpenGL-Header DGLOpenGL.pas der da einwandfrei seine Dienste verrichtet und auch in der Beispielanwendung Verwendung findet.
Neue Extensions
Die GL-Shadersprache "besteht" in ihrer aktuellen Version aus folgenden Extensions, fürs Verständnis wäre es nicht schlecht wenn ihr euch zumindest die Einleitungen dazu durchlest :
- Definiert die API-Aufrufe die zum Erstellen, Kompilieren, Linken, Anhängen und Aktivieren von Shader- und Programmobjekten nötig sind.
- Fügt der OpenGL Programmierbarkeit auf Vertexebene hinzu.
- Fügt der OpenGL Programmierbarkeit auf Fragmentebene hinzu.
- Gibt die unterstützte Version von glSlang an, momentan 1.00.
Objekte
Im Zuge der Vereinheitlichung der GL wird immer häufiger in Objekte gekapselt, deren API dann auch aneinander angelehnt ist. Ziel ist dabei die Programmierung der GL uniform zu machen, so das z.B. zwischen dem Erstellen und Verwalten eines Vertex-Buffer-Objektes oder eines Shader-Objektes kaum ein Unterschied besteht (demnächst kommen dann auch Pixel-Buffer-Objekte). Mit glSlang wurden dann im Zuge dieser Aktion zwei neue Objekte eingeführt, deren Definition ihr euch unbedingt einprägen solltet :
- Programmobjekt
- Ein Objekt an das die Shader später angebunden werden. Bietet Funktionalität zum Linken der Shader und prüft dabei die Kompatibilität zwischen Vertex- und Fragmentshader.
- Shaderobjekt
- Dieses Objekt verwaltet den Quellcodestring eines Shaders und ist entweder vom Typ GL_VERTEX_SHADER_ARB oder GL_FRAGMENT_SHADER_ARB.
Resourcen
Die Shadersprache ist keinesfalls final und es wurden bereits diverse Ausdrücke für zukünftige Verwendung reserviert, denn ein Ziel bei ihrer Entwicklung war es, sie so zukunftsorientiert zu gestalten das auch Grafikkarten der nächsten und übernächsten Generation voll ausgenutzt werden können. Damit einher geht die Tatsache das sich die Spezifikationen in Zukunft ändern/erweitern werden, weshalb man da immer einen Blick hineinwerfen sollte. Die Anlaufstelle dafür ist natürlich die GL2-Seite von 3D-Labs, wo u.a. auch ein OGL2-SDK und diverse Whitepapers als PDFs angeboten werden, in denen auch stattgefundene Änderungen an glSlang dokumentiert sind.
(Mehr Informationen/weitere Artikel) {{{1}}} |
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Rest folgt.
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