Opengl紅皮書有選擇的看了一些，最后的講着色語言GLSL的部分看的甚為不理解，然后找到Opengl橙皮書，然后就容易理解多了。
在前面，我們或多或少接觸到Opengl的處理過程，只說前面一些處理，簡單來說：頂點操作-組裝圖形-柵欄化-片斷處理-幀緩沖。其中頂點操作相當於我們在程序里設定頂點，法向量等，組裝圖形就是opengl以我們設定的格式連接頂點，如組裝成三角形，四邊形等。柵欄化就是把上部操作的圖元分解成更小的單元，如一個三角形里有100個像素，在這個過程會轉換成100個片斷，這個片斷包含了窗口坐標，深度，顏色，紋理坐標等組成。片斷處理就是把上面生成的片斷進行一些如組合紋理，霧效果等。
在最開始，Opengl在上面的各個處理被設置好，如前面，我們按照給定的API來打開光照，設定紋理，設定材質等，這個在大部分情況下已經能得到比較好的效果，但是通過Opengl API，我們不能更改Opengl圖形管道的一些基本操作，也不能改變相應的順序，如果想要實現一些特殊的效果，可能就實現不了了。GLSL就是在這種情況下出現的，主要是允許應用程序對在Opengl處理流程進行自己的實現。
GLSL讓我現在的理解，就是語法簡單，用起來就需要經驗了，為什么這么說，因為GLSL的語法是在C和C++的基礎了簡化了一些元素與特性，如GLSL里沒有指針，字符串以及相應操作，不支持double，byte,short,long以及相應的符號形式。以及聯合，枚舉。大家可以想象一下，還有什么在里面，但是用起來一點都不簡單，就我現在的感覺，里面內置的函數，相關變量，常量不少，靈活運用肯定需要一定的GLSL代碼量。最后GLSL為了突出圖形計算這塊，內置了一些圖形計算所需要的結構vec3,vec4,mat4等，最后GLSL和F#一樣，不支持數據類型自動提升，如float f = 1這個是錯的，應該是 f = 1.0.
GLSL通常會包含二種着色器，頂點着色器和片斷着色器，最常見用法是在頂點着色器里生成所需要的值，然后傳給片斷着色器用。着色器中常用限定符有attribute,unifrom,varying,const.其中attribute是應用程序傳給頂點着色器用的，着色器不能修改。unifrom一般是應用程序用於設定頂點着色器和片斷着色器相關初始化值。varying用於傳遞頂點着色器的值給片斷着色器。const和C++里差不多，定義不可變常量。
GLSL內置的相關變量，常量，結構大家在OpenGL橙皮書里找。下面我們來完整的實現OpenGL的第一個例子，磚牆。頂點着色器如下：
1 //一致變量 設置燈光位置(提供眼睛坐標位置) 2 uniform vec3 LightPosition; 3 //常量 鏡面反射強度 4 const float SpecularContribution = 0.3; 5 //常量 漫反射強度 6 const float DiffuseContribution = 1.0 - SpecularContribution; 7 //物體頂點上的光強度 易變變量 傳給片斷着色器 8 varying float LightIntensity; 9 //物體頂點位置 10 varying vec2 MCposition; 11 //頂點着色器入口 12 void main(void) 13 { 14 //頂點在視圖坐標中的位置 15 vec3 ecPosition = vec3(gl_ModelViewMatrix * gl_Vertex); 16 //頂點在視圖坐標中的法向量,gl_NormalMatrix為gl_ModelViewMatrix逆矩陣的倒置矩陣 17 vec3 tnorm = normalize(gl_NormalMatrix * gl_Normal); 18 //視圖坐標中燈光的位置 取頂點到燈光的單位向量 19 //LightPosition如果是全局坐標里的值，應該進行gl_ModelViewMatrix轉換 20 vec3 lightVec = normalize(LightPosition - ecPosition); 21 //燈光到頂點經過tnorm的表面反射光向量 reflect i n = i - 2.0*dot(N,I)*N 22 vec3 reflectVec = reflect(-lightVec,tnorm); 23 //查看位置向量單位向量 就是在視圖坐標中，眼睛到頂點的向量.eye(0,0,0) 24 vec3 viewVec = normalize(-ecPosition); 25 26 //一是用來計算lightVec的tnorm角度，二是計算lightVec在頂點上的漫反射強度 27 float diffuse = max(dot(lightVec,tnorm),0.0); 28 float spec = 0.0; 29 //只有lightVec與tnorm的角度在90度之間，才可能反射光照 30 if(diffuse > 0.0) 31 { 32 //計算反射光在人看的方向上的分量。角度越少，分量越多。 33 spec = max(dot(reflectVec,viewVec),0.0); 34 spec = pow(spec,16.0); 35 } 36 //計算光照，主要成分為漫反射與鏡面反射 37 LightIntensity = DiffuseContribution * diffuse + SpecularContribution * spec; 38 //傳個片斷着色器的x,y位置 39 MCposition = gl_Vertex.xy; 40 //定點坐標位置不變性 41 gl_Position = ftransform(); 42 }
第一個例子，我注釋還是寫的很滿的，這里說下其中reflect函數的算法：
給出橙皮書里的圖片，增加大家的理解：
在頂點着色器上，我們可以看到光照的計算是怎么樣的，可以看到，漫反射只和燈光與物體的角度與強度有關，而鏡面反射不僅和燈光與物體角度有關，還有人與反射燈光的位置有關。
在片斷着色器上，我們可以看到對許多OpenGL內置函數的運用。
1 uniform vec3 BrickColor, MortarColor; 2 //整個磚(磚與外邊) 3 uniform vec2 BrickSize; 4 //只包含磚的大小 5 uniform vec2 BrickPct; 6 //片斷着色器傳過來的值 7 varying vec2 MCposition; 8 varying vec2 LightIntensity; 9 void main(void) 10 { 11 vec3 color; 12 vec2 position,useBrick; 13 //得到在整個磚牆中屬於在那塊整個磚中 14 //如結果是(2.2,3.8)表示在第三行中的第二塊的右下角((0.2,0.8)在(1.0,1.0)的位置) 15 position = MCposition / BrickSize; 16 //單數行比雙數行的起點多半塊磚 17 if(fract(position.y * 0.5) > 0.5) 18 position.x += 0.5; 19 //得到在本身磚塊的詳細位置 20 position = fract(position); 21 //確認是磚,還是外邊 22 useBrick = step(position,BrickPct); 23 color = mix(MortarColor,BrickColor,useBrick.x * useBrick.y); 24 color *= LightIntensity; 25 gl_FragColor = vec4(color,1.0); 26 }
整個過程還是很好理解的，position = MCposition / BrickSize;這句，如果postion是(2.2,3.8)表示在第三行中的第二塊的右下角((0.2,0.8)在(1.0,1.0)的位置),可以看到他整數位與小數位分別表示不同的意思。
最后，我們要運用我們的着色器代碼，以及完成相關參數傳入：
1 type GLSLCommon()= 2 static member CreateShadersForString(shaderType:ShaderType,source:string)= 3 let shaderObject = GL.CreateShader(shaderType) 4 GL.ShaderSource(shaderObject,source) 5 GL.CompileShader(shaderObject) 6 let log = GL.GetShaderInfoLog(shaderObject) 7 let status = GL.GetShader(shaderObject,ShaderParameter.CompileStatus) 8 shaderObject,status//,log 9 static member CreateShadersForFile(shaderType:ShaderType,fileName:string)= 10 if not (File.Exists(fileName)) then failwith "not find file!" 11 let fs = new StreamReader(fileName) 12 let source = fs.ReadToEnd() 13 fs.Close() 14 let result = GLSLCommon.CreateShadersForString(shaderType,source) 15 result 16 static member CreateShaders(shaderType:ShaderType,code:string) = 17 let result = if File.Exists(code) then GLSLCommon.CreateShadersForFile(shaderType,code) else GLSLCommon.CreateShadersForString(shaderType,code) 18 result 19 static member CreateProgram([<ParamArray>]shader:(int*int) []) = 20 let program = GL.CreateProgram() 21 shader |> Array.iter (fun p -> GL.AttachShader(program,fst p)) 22 GL.LinkProgram(program) 23 shader |> Array.iter (fun p -> GL.DeleteShader(fst p)) 24 GL.LinkProgram(program) 25 let log = GL.GetProgramInfoLog(program) 26 let status = GL.GetProgram(program,ProgramParameter.LinkStatus) 27 program,status 28 static member GetUniform(programID:int,name:string) = 29 GL.GetUniformLocation(programID,name) 30 static member SetUniform(programID:int,name:string,[<ParamArray>]value:int[]) = 31 let uniformID = GLSLCommon.GetUniform(programID,name) 32 if value.Length = 1 then GL.Uniform1(uniformID,value.[0]) 33 if value.Length = 2 then GL.Uniform2(uniformID,value.[0],value.[1]) 34 if value.Length = 3 then GL.Uniform3(uniformID,value.[0],value.[1],value.[2]) 35 if value.Length = 4 then GL.Uniform4(uniformID,value.[0],value.[1],value.[2],value.[3]) 36 static member SetUniform(programID:int,name:string,[<ParamArray>]value:System.Single[]) = 37 let uniformID = GLSLCommon.GetUniform(programID,name) 38 if value.Length = 1 then GL.Uniform1(uniformID,value.[0]) 39 if value.Length = 2 then GL.Uniform2(uniformID,value.[0],value.[1]) 40 if value.Length = 3 then GL.Uniform3(uniformID,value.[0],value.[1],value.[2]) 41 if value.Length = 4 then GL.Uniform4(uniformID,value.[0],value.[1],value.[2],value.[3]) 42 43 type GLSLProgram()= 44 let programId = GL.CreateProgram() 45 member this.ID with get() = programId 46 member this.LinkSources([<ParamArray>]sources:(ShaderType * string)[]) = 47 let shader = sources |> Array.map(fun p -> GLSLCommon.CreateShaders(fst p,snd p)) 48 shader |> Array.iter (fun p -> GL.AttachShader(programId,fst p)) 49 GL.LinkProgram(programId) 50 shader |> Array.iter (fun p -> GL.DeleteShader(fst p)) 51 GL.LinkProgram(programId) 52 let log = GL.GetProgramInfoLog(programId) 53 let status = GL.GetProgram(programId,ProgramParameter.LinkStatus) 54 status,log 55 member this.GetUniform(name:string)= 56 GLSLCommon.GetUniform(programId,name) 57 member this.SetUniform(name:string,[<ParamArray>]values:int[]) = 58 GLSLCommon.SetUniform(programId,name,values) 59 member this.SetUniform(name:string,[<ParamArray>]values:System.Single[]) = 60 GLSLCommon.SetUniform(programId,name,values) 61 62 let result = program.LinkSources((ShaderType.VertexShader,"Data/Shaders/Brick_VS.glsl"),(ShaderType.FragmentShader,"Data/Shaders/Brick_FS.glsl")) 63 64 override v.OnRenderFrame e = 65 base.OnRenderFrame e 66 GL.Clear(ClearBufferMask.ColorBufferBit ||| ClearBufferMask.DepthBufferBit) 67 GL.UseProgram(program.ID) 68 let mutable lookat = Matrix4.LookAt(caram.Eye,caram.Target,Vector3.UnitY) 69 GL.MatrixMode(MatrixMode.Modelview) 70 GL.LoadMatrix(&lookat) 71 program.SetUniform("LightPosition",0.f,0.f,-5.f) 72 program.SetUniform("BrickColor",1.0f,0.3f,0.2f) 73 program.SetUniform("MortarColor",0.85f,0.86f,0.84f) 74 program.SetUniform("BrickSize",1.2f,1.f) 75 program.SetUniform("BrickPct",0.9f,0.85f) 76 GL.Normal3(-Vector3.UnitZ) 77 GL.Begin(BeginMode.Quads) 78 GL.Vertex3(-6.6f, -6.4f,1.f) 79 GL.Vertex3(6.6f, -6.4f,1.f) 80 GL.Vertex3(6.6f, 6.4f,1.f) 81 GL.Vertex3(-6.6f, 6.4f,1.f) 82 GL.End(); 83 v.SwapBuffers()
相關鏈接與編譯的代碼我整理了下，方便以后調用。整個過程沒什么好說的，可以看到處理很簡單，沒有打開光照啥的，但是相應處理全是用我們寫的着色器。我們來看下效果圖：
注意在OpenTK中，相關着色器源碼不能出現中文注釋，否則他不能申請正確的內存空間。