OpenGL Shading Language

• Per-Vertex-Operationen werden durch Vertex-Shader ersetzt.

  

• Per-Fragment-Operationen und teilweise Pixel-Operationen werden durch Fragment-Shader ersetzt.

  

Parallele Verarbeitung

• Vertex- und Fragment-Shader verarbeiten Daten parallel.
• Für alle Daten wird der exakt gleiche Shader-Code ausgeführt ("Stream Processing")
• möglich, da genau definiertes Ziel pro Vertex ohne Konfliktpotential (z.B, Transformation eines Vertex) verfolgt wird

OpenGl

Erzeugung von Shader-Programmen

• werden zur Laufzeit kompiliert und an GPU übergeben
• Zunächst werden Vertex- und Fragment-Shader erzeugt und anschließend dem Shaderprogramm zugewiesen.

Verwenden von Shader-Programmen

• Aktivierung per glUseProgram(id)

• alle nachfolgenden Renderfunktionen verwenden dann den aktivierten Shader.

• Es kann somit auch zur Laufzeit zwischen mehreren Shadern gewechselt werden.

  • z.B. zum Rendern unterschiedlicher Materialien

Löschen von Shader-Objekten

• sowohl das Shaderprogramm selbst, als auch die beinhalteten Fragment- und Vertex-Shader müssen einzeln gelöscht werden.

Vertex-Shader

Übergabe von Vertex-Attributen

• Per-Vertex-Attribute können mittels in-Variablen übergeben werden

  • Unterscheidung:

    • spezielle in-Variablen: werden automatisch erzeugt

      Vertex- und Instance-ID

    • benutzerdefinierte in-Variablen: müssen von der Applikation übergeben werden

      Farbe, Normale, Texturkoordinaten, offsets

  • werden als VBO an GPU übergeben

  • Ablauf

    • zunächst wird der Lokalisierungskennzeichner (int) der in-Variable abgefragt

      int colorLoc = glGetAttribLocation(progID, "inputColor");

    • anschließend wird Zuordnung zwischen in-Variable und VBO-Daten vorgenommen

    • schließlich wird das zugewiesene Attribut aktiviert

      glEnableVertexAttribArray(colorLoc);

    • Beim Renderaufruf mit aktiviertem VBO werden die in-Variablen dann entsprechend gefüllt

Fragment-Shader

• Benutzerdefinierte out-Variablen des Vertex-Shaders werden nach Rasterisierung interpoliert als in-Variablen dem Fragment-Shader zur Verfügung gestellt.
• Die out-Variablen des Fragmentshaders werden zum Framebuffer geschickt

Verwendung von Uniform-Variablen

• Unterschied zu in-Variablen:

  beinhalten statische Daten, die für alle gezeichneten Stützpunkte im Rendervorgang konstant sind

• Ablauf analog zu in-Variablen

GLSL Syntax

• erlaubt:

  • Strukturen (Objekte)
  • Arrays
  • Konditionen
  • Schleifen
  • Abbrüche

• nicht erlaubt:

  • Pointer
  • Strings
  • byte-, short-, long-Datentypen
  • switch()case

Transformation von Oberflächen-Normalen

• Die Modelview-Matrix transformiert Stützpunkte vom lokalen Koordinatensystem ins Kamerakoordinatensystem

• Zur Anwendung von Beleuchtungsmodellen muss ebenfalls die Normaleninformation des Stützpunktes ins Kamerakoordinatensystem transformiert werden.

• Normalen sind Einheitsvektoren, die lediglich rotiert werden sollen (nicht transliert oder skaliert).

  • hierfür kann nicht direkt mit der Modelview-Matrix transformiert werden, stattdessen wird die Tangente betrachtet. Hierdurch kann die korrekte transformierte Normale hergeleitet werden.

Zugriff auf Texturen im Shader

• Zugriff auf Texturen kann sowohl im Vertex- als auch im Fragment-Shader erfolgen
• über uniform-Variable des Typs sampler

• Zugriff auf Texturkoordinate per texture(myTexture, vec(x,y))

Bereitstellen von Texturen

• Ablauf:

  1. Texturen werden erzeugt
  2. Lokalisierungskennzeichner werden ermittelt
  3. Textureinheit der GPU wird ausgewählt
  4. Textur wird aktiviert
  5. Textureinheit wird an sampler-Variable übergeben

Early Fragment Tests

• normalerweise (siehe Pipeline) werden Tests erst nach Ausführen des Fragment-Shaders ausgeführt
• zur Optimierung können GPUs die Tests jedoch vorziehen, sofern das Pipeline-Verhalten dadurch nicht geändert wird