Shader 编程原理

最近准备系统的整理和学习下shader编程 查了下网上的一些资料 说一下本身对shader工做原理的理解

简单说来shader 就是能够运行在gpu上可编程的图形程序

shader 分为顶点着色器和片断着色器

关于顶点着色器和片断着色器的含义

顶点着色器和片断着色器被分离为可编程的编程的单元

顶点和片断着色器都拥有强大的并行计算能力，擅长于矩阵计算（不高于4阶），片断着色器能够高速查询纹理数据信息，目前顶点着色器还不行。

 

从图中能够知道GPU渲染管线

顶点着色器控制顶点坐标转换过程；片断着色器控制像素颜色计算过程。简单明了就是顶点着色器负责处理坐标信息，片断着色器负责处理像素颜色数据计算。vert和frag就是这样分工的；前者的输出是后者的输入。

 

那么这些着色器都是依赖图形硬件的 因此图形硬件的发展和shader 的发展密切相关

咱们再来看看图形硬件编程的输出和输入

 可编程图形硬件的输入/输出。输入寄存器存放输入的图元信息；输出寄存器存放处理后的图元信息；纹理buffer存放纹理数据，目前大多数的可编程图形硬件只支持片断处理器处理纹理；从外部宿主程序输入的常量放在常量寄存器中；临时寄存器存放着色程序在执行过程当中产生的临时数据。

咱们再来看看顶点着色器和片断着色器的数据处理流程

Vertex shader program（顶点着色程序）和Fragment shader program（片段着色程序）分别被Programmable Vertex Processor（可编程顶点处理器）和 Programmable Fragment Processo（可编程片段处理器）所执行。

    顶点着色程序从GPU前端模块（寄存器）中提取图元信息（顶点位置、法向量、纹理坐标等），并完成顶点坐标空间转换、法向量空间转换、光照计算等操做，最后将计算好的数据传送到指定寄存器中；而后片段着色程序从中获取须要的数据，一般为“纹理坐标、光照信息等”，并根据这些信息以及从应用程序传递的纹理信息（若是有的话）进行每一个片段的颜色计算，最后将处理后的数据送光栅操做模块。

 

 片段着色程序对每一个片段进行独立的颜色计算，最后输出颜色值的就是该片断最终显示的颜色。能够这样说，顶点着色程序主要进行几何方面的运算，而片断着色程序主要针对最终的颜色值进行计算。

片断着色程序还有一个突出的特色是：拥有检索纹理的能力。对于GPU而言，纹理等价于数组，这意味着，若是要作通用计算，例如数组排序、字符串检索等，就必须使用到片断着色程序。让顶点着色器也拥有检索纹理的能力，是目前的一个研究方向。