一、说明

   着色器是目前做3D图形最流行的方式。而对应的OpenGL操作晦涩难懂，本篇试图参照一些相关解释文档，以及一个代码案例进行分解说明。

二、OpenGL的渲染管线流程

   数据传输到显示环节的数据流程。

•    OpenGL—>顶点处理器—>细分着色—>几何处理器—>图元装配—>裁剪器—>光栅器（片段处理器）

三、着色器Shader简述

3.1 Shader注意事项

   一些Shader的注意：Shader着色器的使用跟C/C++程序的创建过程类似。

1.    写一个shader着色器文本并使其在你的程序中有效可用
2.    Shader着色器文本全为字符串类型 例如 S = “ coding部分” 代码部分为字符串
3.    将字符串编译为Shader对象
4.    使用GLSL编译器（编译器的语法见《OpenGL编程指南》 原书第8版 王锐译）

3.2 Shader对象

   对于每一个着色器程序需要进行下面的步骤设置：
   对于着色器对象：
1、   创建Shader对象
2、   编译
3、   验证编译成功？

3.3 Shader连接

   将上述的着色器对象链接为一个着色器程序：

1、   创建程序
2、   将Shader对象关联到着色器程序
3、   链接程序
4、   判断链接是否成功
5、   使用着色器处理数据

四、程序案例

__author__ = "WSX"import numpy as np
from OpenGL.GLUT import *
from OpenGL.GL import *
import ctypes
#顶点着色器部分
VERTEX_SHADER = """
#version 330layout (location = 0) in vec3 Position;void main()
{gl_Position = vec4(0.4 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0);}
"""
#片段着色器部分,字符串类型
FRAGMENT_SHADER = """
#version 330
out vec4 FragColor;
void main()
{FragColor = vec4(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);}
"""
def Create_Shader( ShaderProgram, Shader_Type , Source):  #创建并且添加着色器（相当于AddShader）Shader_Type为类型ShaderObj = glCreateShader( Shader_Type )  #创建Shader对象glShaderSource(ShaderObj , Source)glCompileShader(ShaderObj)  #进行编译glAttachShader(ShaderProgram, ShaderObj)  #将着色器对象关联到程序上def Compile_Shader():  #编译着色器Shader_Program = glCreateProgram()  #创建空的着色器程序Create_Shader(Shader_Program , GL_VERTEX_SHADER , VERTEX_SHADER)Create_Shader(Shader_Program , GL_FRAGMENT_SHADER , FRAGMENT_SHADER)glLinkProgram(Shader_Program)glUseProgram(Shader_Program)def Draw():glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)glEnableVertexAttribArray(0)glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO)glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, None) #这里的None不能写为0glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3)glDisableVertexAttribArray(0)  #解析数据 例如一个矩阵里含有 位置 、颜色、多种信息glutSwapBuffers()def CreateBuffer():  #创建顶点缓存器global VBO   #设置为全局变量vertex = np.array([[-1.0,-1.0,0.0],[1.0,-1.0,0.0],[0.0,1.0,0.0]],dtype="float32")   #创建顶点数组VBO = glGenBuffers(1)  #创建缓存glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER , VBO)   #绑定glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER , vertex.nbytes , vertex , GL_STATIC_DRAW)   #输入数据def main():glutInit([])glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA)  # 显示模式 双缓存glutInitWindowPosition(100, 100)  # 窗口位置glutInitWindowSize(500, 500)  # 窗口大小glutCreateWindow("sanjiao")  # 创建窗口glutInitContextVersion(4,3)   #为了兼容glutInitContextProfile(GLUT_CORE_PROFILE)   #为了兼容glutDisplayFunc(Draw)  # 回调函数glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0)CreateBuffer()Compile_Shader()glutMainLoop()main()

结果：

五、着色器代码解释

（字符串）
#version 330

   这告诉编译器我们的目标是3.3版的GLSL。如果编译器不支持它，它会发出错误。

layout (location = 0) in vec3 Position;

   该语句出现在顶点着色器中。它声明了一个顶点特定属性，它是3个浮点数的向量，在着色器中将被称为’位置’。“特定于顶点”表示对于GPU中每个对着色器的调用，将提供缓冲区中新顶点的值。
layout (location = 0)创建缓冲区中属性名称和属性之间的绑定。

   您可以通过将多个着色器对象链接在一起来创建着色器。但是，每个着色器阶段（VS，GS，FS）只能有一个主要函数，用作着色器的入口点。例如，您可以创建一个具有多个函数的光照库，并将其与着色器链接，前提是这些函数中没有任何一个函数名为“main”。

gl_Position = vec4(0.5 * Position.x, 0.5 * Position.y, Position.z, 1.0);

   这里我们对输入的顶点位置进行硬编码转换。我们将X和Y值减半，并保持Z不变。'gl_Position’是一个特殊的内置变量，它应该包含齐次（包含X，Y，Z和W分量）顶点位置。光栅化器将查找该变量并将其用作屏幕空间中的位置（在进行了几次转换之后）。将X和Y值减半意味着我们将看到一个三角形，它是前一教程中三角形大小的四分之一。请注意，我们将W设置为1.0。这对于正确显示三角形非常重要。从3D到2D的投影实际上分两个阶段完成。首先，您需要将所有顶点乘以投影矩阵（我们将在一些教程中开发），然后GPU在位置属性到达光栅化器之前自动执行所谓的“透视分割”。这意味着它将W组件的所有组件分割成W组件。在本教程中，我们尚未在顶点着色器中进行任何投影，但透视分割阶段是我们无法禁用的。无论我们从顶点着色器输出的gl_Position值是用HW分量还是HW分量。我们需要记住，否则我们不会得到我们期望的结果。为了规避视角分割的影响，我们将W设置为1.0。由1除。

   如果一切工作正常，则具有值（-0.5，-0.5），（0.5，-0.5）和（0.0,0.5）的三个顶点到达光栅器。裁剪器不需要做任何事情，因为所有的顶点都在标准化的框内。这些值被映射到屏幕空间坐标，并且光栅化器开始运行三角形内的所有点。对于每个点，执行片段着色器。以下着色器代码是从片段着色器中获取的。

out vec4 FragColor;

   通常片段着色器的工作是确定片段（像素）的颜色。此外，片段着色器可以完全丢弃像素或更改其Z值（这会影响后续Z测试的结果）。通过声明上述变量来输出颜色。四个分量表示R，G，B和A（对于alpha）。您设置到该变量中的值将由光栅化器接收并写入帧缓冲区。

FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);

   在之前的几个教程中，没有片段着色器，因此所有内容都以白色的默认颜色绘制。在这里，我们将FragColor设置为红色。