一、前期基礎(chǔ)儲(chǔ)備
筆者之前的四篇文綜述了Android中使用OpenGL ES繪制基本圖形和實(shí)現(xiàn)了簡單的相機(jī)預(yù)覽，初次接觸OpenGL ES開發(fā)的讀者可能對其中新的概念比較迷惑，尤其是其中的頂點(diǎn)著色器（Vertex Shader）和片元著色器（Fragment Shader），我們知道，在OpenGL中頂點(diǎn)著色器是針對每個(gè)頂點(diǎn)執(zhí)行一次，用于確定頂點(diǎn)的位置。片元著色器是針對每個(gè)片元，片元可以理解為每個(gè)像素，用于確定每個(gè)片元（像素）的顏色或者紋理。如下是在相機(jī)預(yù)覽中使用的兩個(gè)著色器的代碼段：

private final String vertexShaderCode =
"attribute vec4 vPosition;" +
"attribute vec2 inputTextureCoordinate;" +
"varying vec2 textureCoordinate;" +
"void main()" +
"{"+
"gl_Position = vPosition;"+
"textureCoordinate = inputTextureCoordinate;" +
"}";

private final String fragmentShaderCode =
"#extension GL_OES_EGL_image_external : require\n"+ //相機(jī)預(yù)覽時(shí)的片元指令
"precision mediump float;" + //相機(jī)預(yù)覽時(shí)的片元指令
"varying vec2 textureCoordinate;\n" +
"uniform samplerExternalOES s_texture;\n" + //相機(jī)預(yù)覽時(shí)的片元指令
"void main() {" +
" gl_FragColor = texture2D( s_texture, textureCoordinate );\n" +
"}";

兩段著色器中，使用的代碼不是Java代碼，語法也不是Java層面的，而是一種OpenGL特有的語法：GLSL語法

GLSL又叫OpenGL著色語言（OpenGL Shading Language），是用來在OpenGL中著色編程的語言，是一種面向過程的語言，基本的語法和C/C++基本相同，他們是在圖形卡的GPU （Graphic Processor Unit圖形處理單元）上執(zhí)行的，代替了固定的渲染管線的一部分，使渲染管線中不同層次具有可編程性。比如：視圖轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換等。GLSL（GL Shading Language）的著色器代碼分成2個(gè)部分：Vertex Shader（頂點(diǎn)著色器）和Fragment Shader（片元著色器）。
在前面的文章中，我們基本上使用的都是非常簡單的著色器，基本上沒有使用過GLSL的內(nèi)置函數(shù)，但是在后面我們完成其他的功能的時(shí)候應(yīng)該就會(huì)用到這些內(nèi)置函數(shù)了。比如說相機(jī)的各種濾鏡、各種靜態(tài)、動(dòng)態(tài)貼紙，其實(shí)現(xiàn)少不了特定片元著色器的支持。

在筆者的文章《Android使用GPUImage實(shí)現(xiàn)濾鏡效果精煉詳解（一）》中通過一些示例代碼實(shí)現(xiàn)了調(diào)用GPUImage處理靜態(tài)圖片，為其設(shè)置各種濾鏡效果，在GitHub上找到GPUImage的開源庫打開之后，就可以發(fā)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)各種濾鏡效果底層依靠的也是OpenGL，每種不同濾鏡效果，其片元著色器也是特定的，以黑白濾鏡的片元著色器為例：

public static final String GRAYSCALE_FRAGMENT_SHADER = "" +
"precision highp float;\n" +
"\n" +
"varying vec2 textureCoordinate;\n" +
"\n" +
"uniform sampler2D inputImageTexture;\n" +
"\n" +
"const highp vec3 W = vec3(0.2125, 0.7154, 0.0721);\n" +
"\n" +
"void main()\n" +
"{\n" +
" lowp vec4 textureColor = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate);\n" +
" float luminance = dot(textureColor.rgb, W);\n" +
"\n" +
" gl_FragColor = vec4(vec3(luminance), textureColor.a);\n" +
"}";

看起來，一頭霧水，實(shí)際上該代碼段是由OpenGL的特有語言GLSL構(gòu)成的，GLSL的變量申明、GLSL語言的內(nèi)置函數(shù)、GLSL的各種修飾符…只要掌握了GLSL語法，那么后期構(gòu)造片元著色器會(huì)十分的便利，筆者是做相機(jī)開發(fā)的，工作中創(chuàng)建新濾鏡效果，離不開GPUImage，其原生的片元著色器一部分可以拿來直接使用，但是更多的都是要在其基礎(chǔ)上做修改的，使之符合自己的濾鏡需要，而在改造過程中，GLSL語法掌握就更為迫切了。
注：任何一種OpenGL程序本質(zhì)上都可以被分為兩部分：CPU端運(yùn)行的部分，采用C++、Java之類的語言編寫；以及GPU端運(yùn)行的部分，使用GLSL語言編寫。

二、上代碼，具體實(shí)現(xiàn)
（1）基本數(shù)據(jù)類型
GLSL中的數(shù)據(jù)類型主要分為標(biāo)量、向量、矩陣、采樣器、結(jié)構(gòu)體、數(shù)組、空類型七種類型：
1）標(biāo)量
標(biāo)量表示的是只有大小沒有方向的量，在GLSL中標(biāo)量只有bool、int和float三種。對于int，和C一樣，可以寫為十進(jìn)制、八進(jìn)制或者十六進(jìn)制。對于標(biāo)量的運(yùn)算，我們最需要注意的是精度，防止溢出問題。
2）向量
向量我們可以看做是數(shù)組，在GLSL通常用于儲(chǔ)存顏色、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，針對維數(shù)，可分為二維、三維和四位向量。針對存儲(chǔ)的標(biāo)量類型，可以分為bool、int和float。共有vec2、vec3、vec4，ivec2、ivec3、ivec4、bvec2、bvec3和bvec4九種類型，數(shù)組代表維數(shù)、i表示int類型、b表示bool類型。需要注意的是，GLSL中的向量表示豎向量，所以與矩陣相乘進(jìn)行變換時(shí)，矩陣在前，向量在后（與DirectX正好相反）。

作為顏色向量時(shí)，用rgba表示分量，就如同取數(shù)組的中具體數(shù)據(jù)的索引值。三維顏色向量就用rgb表示分量。比如對于顏色向量vec4 color，color[0]和color.r都表示color向量的第一個(gè)值，也就是紅色的分量。
作為位置向量時(shí)，用xyzw表示分量，xyz分別表示xyz坐標(biāo)，w表示向量的模。三維坐標(biāo)向量為xyz表示分量，二維向量為xy表示分量。
作為紋理向量時(shí)，用stpq表示分量，三維用stp表示分量，二維用st表示分量。

3)矩陣
在GLSL中矩陣擁有22、33、4*4三種類型的矩陣，分別用mat2、mat3、mat4表示。我們可以把矩陣看做是一個(gè)二維數(shù)組，也可以用二維數(shù)組下表的方式取里面具體位置的值。
4）采樣器
采樣器是專門用來對紋理進(jìn)行采樣工作的，在GLSL中一般來說，一個(gè)采樣器變量表示一副或者一套紋理貼圖。所謂的紋理貼圖可以理解為我們看到的物體上的皮膚。紋理查找需要指定哪個(gè)紋理或者紋理單元將指定查找。

sampler1D // 訪問一個(gè)一維紋理
sampler2D // 訪問一個(gè)二維紋理
sampler3D // 訪問一個(gè)三維紋理
samplerCube // 訪問一個(gè)立方貼圖紋理
sampler1DShadow // 訪問一個(gè)帶對比的一維深度紋理
sampler2DShadow // 訪問一個(gè)帶對比的二維深度紋理

uniform sampler2D grass;
vcc2 coord = vec2(100, 100);
vec4 color = texture2D(grass, coord);

5）結(jié)構(gòu)體
和C語言中的結(jié)構(gòu)體相同，用struct來定義結(jié)構(gòu)體，這是唯一的用戶定義類型。

struct light
{
vec3 position;
vec3 color;
};
light ceiling_light;

6）數(shù)組
數(shù)組知識也和C中相同，不同的是數(shù)組聲明時(shí)可以不指定大小，但是建議在不必要的情況下，還是指定大小的好。

// 創(chuàng)建一個(gè)10個(gè)元素的數(shù)組
vec4 points[10];
// 創(chuàng)建一個(gè)不指定大小的數(shù)組
vec4 points[];
points[2] = vec4(1.0); // points現(xiàn)在大小為3
points[7] = vec4(2.0); // points現(xiàn)在大小為8

7）空類型
空類型用void表示，僅用來聲明不返回任何值得函數(shù)。
數(shù)據(jù)聲明示例：

float a=1.5;
int b=2;
bool c=true;
vec2 d=vec2(1.1,2.2);
vec3 e=vec3(1.1,2.2,3.3)
vec4 f=vec4(vec3,1.1);
vec4 g=vec4(1.0); //相當(dāng)于vec(1.0,1.0,1.0,1.0)
vec4 h=vec4(a,a,1.5,a);
mat2 i=mat2(1.1,1.5,2.2,4.4);
mat2 j=mat2(1.8); //相當(dāng)于mat2(1.8,1.8,1.8,1.8)
mat3 k=mat3(e,e,1.2,1.4,1.6);

（2）運(yùn)算符
GLSL中的運(yùn)算符包括（越靠前，運(yùn)算優(yōu)先級越高）：

索引：[ ]
前綴自加和自減：++，–-
一元非和邏輯非：~，！
加法和減法：+，-
等于和不等于：==，！=
邏輯異或：^^
三元運(yùn)算符號，選擇：？ :
成員選擇與混合：.
后綴自加和自減：++，–-
乘法和除法：*，/
關(guān)系運(yùn)算符：>，<，=，>=，<=，<>
邏輯與：&&
邏輯或：||
賦值預(yù)算：=，+=，-=，*=，/=

（3）類型轉(zhuǎn)換
GLSL的類型轉(zhuǎn)換與C不同。在GLSL中類型不可以自動(dòng)提升，比如float a=1;就是一種錯(cuò)誤的寫法，必須嚴(yán)格的寫成float a=1.0，也不可以強(qiáng)制轉(zhuǎn)換，即float a=(float)1; 也是錯(cuò)誤的寫法，但是可以用內(nèi)置函數(shù)來進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如float a=float(1);還有float a=float(true);（true為1.0，false為0.0）等，值得注意的是，低精度的int不能轉(zhuǎn)換為高精度的float。

（4）限定符
觀察文首的兩段著色器，可以看到對于變量使用了不同的修飾符，以下是GLSL修飾符的主要類型：

attritude：一般用于各個(gè)頂點(diǎn)各不相同的量。如頂點(diǎn)顏色、坐標(biāo)等。
uniform：一般用于對于3D物體中所有頂點(diǎn)都相同的量。比如光源位置，統(tǒng)一變換矩陣等。
varying：表示易變量，一般用于頂點(diǎn)著色器傳遞到片元著色器的量。
const：常量。 限定符與java限定符類似，放在變量類型之前，并且只能用于全局變量。在GLSL中，沒有默認(rèn)限定符一說。

（5）流程控制
GLSL中的流程控制與C中基本相同，主要有條件判斷和各種循環(huán)：

if( )、if( )else、if( )else if( )else
while()和dowhile( )
for( ; ; )
break和continue

（6）函數(shù)修飾符
GLSL中也可以定義函數(shù)，定義函數(shù)的方式也與C語言基本相同。函數(shù)的返回值可以是GLSL中的除了采樣器的任意類型。對于GLSL中函數(shù)的參數(shù)，可以用參數(shù)用途修飾符來進(jìn)行修飾，常用函數(shù)修飾符如下：

in：輸入?yún)?shù)，無修飾符時(shí)默認(rèn)為此修飾符。
out：輸出參數(shù)。
inout：既可以作為輸入?yún)?shù)，又可以作為輸出參數(shù)。

（6）浮點(diǎn)精度
與頂點(diǎn)著色器不同的是，在片元著色器中使用浮點(diǎn)型時(shí)，必須指定浮點(diǎn)類型的精度，否則編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)。精度有三種，分別為：

lowp：低精度。8位。
mediump：中精度。10位。
highp：高精度。16位。

當(dāng)然，也可以在片元著色器中設(shè)置默認(rèn)精度，只需要在片元著色器最上面加上precision <精度> <類型>即可制定某種類型的默認(rèn)精度。其他情況相同的話，精度越高，畫質(zhì)越好，使用的資源也越多。

（7）著色器代碼結(jié)構(gòu)
GLSL程序的結(jié)構(gòu)和C語言差不多，main()方法表示入口函數(shù)，可以在其上定義函數(shù)和變量，在main中可以引用這些變量和函數(shù)。定義在函數(shù)體以外的叫做全局變量，定義在函數(shù)體內(nèi)的叫做局部變量。與高級語言不同的是，變量和函數(shù)在使用前必須聲明，不能在使用的后面聲明變量或者函數(shù)。

三、GLSL內(nèi)建變量和內(nèi)置函數(shù)
在上面，我們了解了GLSL的基礎(chǔ)語法：數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符、控制流，接下來，我們要了解另外一些關(guān)鍵的內(nèi)容：GLSL為方便調(diào)用，內(nèi)置了一些變量和函數(shù)，在著色器構(gòu)造中，少不了這些知識的運(yùn)用。在上面glsl提供了非常豐富的函數(shù)庫,供我們使用,這些功能都是非常有用且會(huì)經(jīng)常用到的. 這些函數(shù)按功能區(qū)分大改可以分成7類:

（1）頂點(diǎn)著色器的內(nèi)建變量
gl_Position：頂點(diǎn)坐標(biāo)
gl_PointSize：點(diǎn)的大小，沒有賦值則為默認(rèn)值1，通常設(shè)置繪圖為點(diǎn)繪制才有意義。

（2）片元著色器的內(nèi)建變量
gl_FragCoord：當(dāng)前片元相對窗口位置所處的坐標(biāo)。
gl_FragFacing：bool型，表示是否為屬于光柵化生成此片元的對應(yīng)圖元的正面。 輸出變量:
gl_FragColor：當(dāng)前片元顏色
gl_FragData：vec4類型的數(shù)組。向其寫入的信息，供渲染管線的后繼過程使用。

GLSL提供了非常豐富的函數(shù)庫，供我們使用，這些功能都是非常有用而且經(jīng)常會(huì)使用到的，這些函數(shù)按照功能區(qū)分大致可以分為7類：

（1）通用函數(shù)庫

（2）三角函數(shù)&角度

（3）指數(shù)函數(shù)

（4）幾何函數(shù)

（5）矩陣函數(shù)

（6）向量函數(shù)

（7）紋理查詢函數(shù)

紋理采樣函數(shù)中，3D在OpenGLES2.0并不是絕對支持。我們再次暫時(shí)不管3D紋理采樣函數(shù)。重點(diǎn)只對texture2D函數(shù)進(jìn)行說明。texture2D擁有三個(gè)參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)表示紋理采樣器。第二個(gè)參數(shù)表示紋理坐標(biāo)，可以是二維、三維、或者四維。第三個(gè)參數(shù)加入后只能在片元著色器中調(diào)用，且只對采樣器為mipmap類型紋理時(shí)有效。

在看完以上的OpenGL內(nèi)建變量和內(nèi)置函數(shù)之后，在返回前面，查看黑白濾鏡的片元著色器，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，各個(gè)變量的聲明和使用都可以看得懂了，GPUImage中每種不同類型的濾鏡實(shí)現(xiàn)都是采用了類似的方式，感興趣的讀者可以查看GPUImage的Android庫：android-gpuimage

四、延伸知識，JSON語法
（1）JSON簡介
? JSON指的是JavaScript對象表示法（JavaScript Object Notation）
? JSON是輕量級的文本交換格式，類似于XML，是純文本
? JSON獨(dú)立于語言，具有層級結(jié)構(gòu)（值中存在值）
? JSON具有自我描述性，更易理解（人類可讀）

JSON使用JavaScript語法來描述數(shù)據(jù)對象，但是JSON仍然獨(dú)立于語言和平臺。

（2）相比于XML的不同之處
JSON比XML更小、更快、更易解析
沒有結(jié)束標(biāo)簽
更短，讀寫速度更快
使用數(shù)組
不使用保留字

（3）JSON語法規(guī)則
JSON語法是JavaScript對象表示語法的子集
數(shù)據(jù)在 名稱/值 對中
數(shù)據(jù)由逗號隔開
花括號保存對象
方括號保存數(shù)組

（4）JSON 名稱/值 對
JSON 數(shù)據(jù)的書寫格式是：名稱/值對。
名稱/值對包括：字段名稱（在雙引號中），后面寫一個(gè)冒號，然后是值：
“firstName” : “John”

（5）JSON值
JSON 值可以是：
數(shù)字（整數(shù)或浮點(diǎn)數(shù)）
字符串（在雙引號中）
邏輯值（true 或 false）
數(shù)組（在方括號中）
對象（在花括號中）
Null

（6）JSON對象
JSON 對象在花括號中書寫：對象可以包含多個(gè)名稱/值對：
{ “firstName”:”John” , “l(fā)astName”:”Doe” }

（7）JSON 數(shù)組
JSON 數(shù)組在方括號中書寫：數(shù)組可包含多個(gè)對象：
{
“employees”: [
{ “firstName”:”John” , “l(fā)astName”:”Doe” },
{ “firstName”:”Anna” , “l(fā)astName”:”Smith” },
{ “firstName”:”Peter” , “l(fā)astName”:”Jones” }
]
}

相關(guān)語法可以搜索 GLSL 中文手冊 獲取更多的語法知識

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/laughingQing/p/11058557.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的在Android中使用OpenGL ES开发第（五）节：GLSL基础语法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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