OpenGL 4 shaderek, GLSL Valasek Gábor

1. OpenGL 4 shaderek, GLSL Valasek Gábor

2. OpenGL 4 • A következő programozható fázisok vannak a 4.x-es OpenGL-ben: • Vertex shader • Tesselation control shader • Tesselation evaluation shader • Geometry shader • Fragment shader

3. OpenGL 4 pipeline

4. Vertex és pixel shader

5. Vertex shader • A vertex shader programunkban végezzük el a bejövő geometria csúcspontjainak transzformációját • glDrawArrays/glDrawElements hívásban hivatkozott csúcspontok lesznek a bemenetei • A vertex shader bemeneti változóihoz (in módosító) a hozzárendelést a programból csináljuk • A csúcspontbeli attribútumoknál ritkábban változó bemenetet uniform változókon keresztül adhatjuk át (uniform = a kirajzolás hívás idejére konstans)

6. Vertex shader • A bejövő csúcspont koordinátáit clip space-be ( -1 <= x,y,z <= 1) kell transzformálni és a beépített gl_Position változónak átadni – ezt a pipeline nem programozható részeinek is kell • gl_Position = gl_MVPMatrix * bejövő_vertex_pos4 • Ezen kívül azt csinálunk „amit akarunk” (minden out-tal megjelölt változónak adhatunk értéket és továbbküldhetjük a következő programozható fázisnak)

7. Vertex shader • A következő beépített kimeneti változók írhatóak a vertex shaderből: • vec4 gl_Position: a transzformált homogén koordinátái a bejövő vertex-nek. Ebbe írnia kell a VS-nek. • float gl_PointSize: a kirajzolandó pont mérete pixelben (point sprite-okhoz). Opcionális. • vec4 gl_ClipVertex: felhasználói vágósíkokhoz. Opcionális. • És ezeken kívül minden, amit mi is felveszünk...

8. Fragment shader • vec4 gl_FragColor: a fragment színe, de ha nem írun bele viszont van kimeneti vec4, az lesz ez • vec4 glFragData[gl_MaxDrawBuffers]: ha több color attachment-je van az aktív FBO-nak, akkor ezen keresztül írhatunk rájuk • float gl_FragDepth: fragment mélységi értéke (ha módosítanánk, mint a raycasterben) • vec4 gl_FragCoord: csak olvasható, a fragment homogén koordinátái (4. koord 1/w) • bool gl_FrontFacing: előrefelé néz-e a fragment lapja

9. Vertex shader #version 400 invec3 VertexPosition; invec3 VertexColor; outvec3 Color; void main() { Color = VertexColor; gl_Position = vec4(VertexPosition,1.0); }

10. Fragment shader #version 400 in vec3 Color; outvec4 FragColor; void main() { FragColor = vec4(Color, 1.0); }

11. Program-shader megfeleltetések • Vertex attribútumok és a shader bemeneti változóinak összerendelés: glBindAttribLocation( programHandle, // shader prog 0, // index "VertexPosition"); // sh-s nev glBindAttribLocation( programHandle, 1, "VertexColor");

12. Program-shader megfeleltetések glGenVertexArrays( 1, &vaoHandle ); glBindVertexArray(vaoHandle); glEnableVertexAttribArray(0); // Vertex position glEnableVertexAttribArray(1); // Vertex color glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, positionBufferHandle); glVertexAttribPointer( 0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (GLubyte *)NULL ); glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, colorBufferHandle); glVertexAttribPointer( 1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, (GLubyte *)NULL );

13. Program-shader megfeleltetések • Lényegében tehát általános, indexekkel azonosított csatornákon keresztül megy az információátadás • A csatornák száma a GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS segítségével kérhetőek le

14. Layout • A shader oldalon is megcsinálhatjuk a bejövő csatornák „index-esítését”, és nem kell bind-olni az attrib location-öket: layout (location = 0) in vec3 VertexPosition; layout (location = 1) in vec3 VertexColor; • Ezt a kimeneti változóknál is lehet használni: layout (location = 0) out vec4 FragColor;

15. Uniform változók • A shaderen belül read-only-k (konstansok), de kezdeti értéket kaphatnak • uniform mat4 MVP • Típusok:, n = 2,3,4 • mat<n>: n x n-es mátrix • vec<n>: n dim vektor

16. Uniform változók • Először meg kell tudnunk az OpenGL-es azonosítóját a uniform változónak: • GLuint mvpInShader = glGetUniformLocation( programHandle, "MVP"); • Ezután már típusának megfelelő fv-vel értéket adhatunk neki: • GlUniformMatrix4fv( mvpInShader, 1, GL_FALSE, &app_mvp[0][0]); • Többiek: http://www.opengl.org/sdk/docs/man/xhtml/glUniform.xml

17. Uniform változók • Alaptípusok tömbjét is megjelölhetünk uniform-ként • Ekkor pl. egy mátrixtömb konkrét indexen lévő mátrixának azonosítóját megkapjuk így: • GLuint location = glGetUniformLocation( programHandle, "MyArray[1]" );

18. Uniform block • Több shader változó használhatja a program szempontjából ugyanazon uniform változókat • Ezeket mégis külön-külön kellene feltöltenünk stb., mert ugyanannak a uniform változónak más lesz a címe a különböző shader programokban • A uniform block segítségével ezen segíthetünk (csak használjunk shared layout-ot)

19. Uniform block – a shaderben uniform BlobSettings { vec4 InnerColor; vec4 OuterColor; float RadiusInner; float RadiusOuter; };

20. Uniform block • A uniform változók adatait tartalmazó puffer objektum a uniform buffer object • A változókra hivatkozásnál elég az adattag nevét írni, nem kell prefixelni az UBO nevével (tehát pl. elég az InnerColor, nem kell BlobSettings.InnerColor)

21. Uniform block GLuint blockIndex = glGetUniformBlockIndex( programHandle, "BlobSettings"); GLint blockSize; glGetActiveUniformBlockiv( programHandle, blockIndex, GL_UNIFORM_BLOCK_DATA_SIZE, &blockSize); GLubyte * blockBuffer= (GLubyte *)malloc(blockSize);

22. Uniform block constGLchar *names[] = { "InnerColor", "OuterColor", "RadiusInner", "RadiusOuter" }; GLuint indices[4]; glGetUniformIndices( programHandle, 4, names, indices); GLint offset[4]; glGetActiveUniformsiv( programHandle, 4, indices, GL_UNIFORM_OFFSET, offset);

23. Uniform block GLfloat outerColor[] = {0.0f, 0.0f, 0.0f, 0.0f}; GLfloat innerColor[] = {1.0f, 1.0f, 0.75f, 1.0f}; GLfloat innerRadius = 0.25f, outerRadius = 0.45f; memcpy(blockBuffer + offset[0], innerColor, 4 * sizeof(GLfloat)); memcpy(blockBuffer + offset[1], outerColor, 4 * sizeof(GLfloat)); memcpy(blockBuffer + offset[2], &innerRadius, sizeof(GLfloat)); memcpy(blockBuffer + offset[3], &outerRadius, sizeof(GLfloat));

24. Uniform block GLuint uboHandle; glGenBuffers( 1, &uboHandle ); glBindBuffer( GL_UNIFORM_BUFFER, uboHandle ); glBufferData( GL_UNIFORM_BUFFER, blockSize, blockBuffer, GL_DYNAMIC_DRAW ); glBindBufferBase( GL_UNIFORM_BUFFER, blockIndex, uboHandle );

25. Fragment shader #version 400 invec3 Color; outvec4 FragColor; void main() { FragColor = vec4(Color, 1.0); }

26. Az összes shader

27. Az összes shader • Az összes shader opcionális, pass-through-ként működnek ha nincs saját hozzárendelve • Ha van akár geometry, akár tesszelációs shader, akkor kell legyen vertex shader is

28. Geometry shader • Meglévő geometria módosítására, törlésére, bővítésére • Bemenete a transzformált vertexekből képezett primitívekből áll • Kimenete 0, 1, vagy több primitív • A kimenő primitív típus különbözhet a bejövőtől! • De csak egyféle típusú lehet a kimenet

29. Geometry shader • Minden primitívre egyszer fut le • A primitív összes csúcspontját eléri, a csúcspontokban tárolt összes információval együtt • Lehet akár culling-ot is csinálni benne

30. Geometry shader • EmitVertex: ha kész vagyunk a primitív egyik csúcspontjához tartozó attribútumok kitöltésével, ezzel az utasítással adhatjuk tovább a pipeline-nak • Ha nincs EmitVertex, akkor implicit eldobódik csúcspont • EmitPrimitive: ha elkészült a primitív összes csúcspontja, akkor EmitPrimitive-vel tudjuk visszadobni a pipeline-ba • Ha nincs EmitPrimitive, akkor a GS lefutásakor implicit hívódik egy

31. Tesszelációs shader • Ha aktiválva van, akkor csak egyetlen rajzolási primitívünk van: GL_PATCHES • A patch primitív tetszőleges geometriai és egyéb információk halmaza, ami alapján a tesszelációs shader az inkrementális képszintézisnek megfelelő primitíveket hoz létre • Maximális „csúcsok” száma egy patch-ben: GL_MAX_PATCH_VERTICES

32. Tesszelációs shader • A kirajzolandó patch-adathalmaz csúcspontjainak száma: • glPatchParameteri( GL_PATCH_VERTICES, num); • Például Bézier kontrollpontok száma

33. Tesszelációs shader • A patch primitívet nem rajzoljuk ki, a tesselation control és tesselation evaluator számára szolgáltat adatokat • A tényleges pipeline-ba bekerülő primitíveket a tesselation primitive generator állítja elő (ez a TCS és TES között van a pipelineban)

34. TCS • A TPG-t konfigurálja, hogy az miképp készítsen primitíveket (mennyit és melyik beépített algoritmussal) • Ezen kívül per-vertex kimeneti attribútumokat állíthat elő

35. TES • A TPG által létrehozott primitívek minden egyes (paramétertérbeli) csúcspontjára meghívódik • Lényegében: a görbe- vagy felületséma kiértékelése a feladata • Fő feladat: a pozíció meghatározása

36. Geometry shader példa

37. Geometry shader - bemenet • A következő típusú bemenetek lehetnek: points (1) lines (2) lines_adjacency (4) triangles (3) triangles_adjacency (6) Primitívenként 1, 2, 4, 3, 6 csúcspontokkal

38. Geometry shader - bemenet A szomszédossági adatos primitívek OpenGL kliens oldali kódjában a következők: GL_LINES_ADJACENCY GL_LINE_STRIP_ADJACENCY GL_TRIANGLES_ADJACENCY GL_TRIANGLE_STRIP_ADJECENCY

39. Geometry shader - bemenet • A többi primitív típusból pedig a pipeline csinálja meg a GS bemenetet • Ami tehát mindig 1 primitívből áll, amihez tartozhat szomszédossági információ is • Hogyan kapja ezt meg?

40. Geometry shader - bemenet

41. Geometry shader - bemenet

42. Geometry shader - bemenet

43. Geometry shader - bemenet

44. Geometry shader – bemenet, kimenet