OpenGL_shader入门教程

Chapter 7. OpenGL Shading 语言的 API

ARB_shader_objects, ARB_vertex_shader,和 ARB_fragment_shader引入了新的API和功能用来支持使用OpenGL Shading Language写shader。这个API集合在本书中被称为OPENGL SHADING LANGUAGE API。为了检测一个OpenGL的实现是不是支持OpenGL Shading语言，可以通过调用参数为GL_EXTENSIONS的函数glGetString来获得一个字符串，检查在返回的字符串里是否含有"GL_ARB_shader_objects",

"GL_ARB_vertex_shader",和"GL_ARB_fragment_shader"这三个子字符串来判断。这种机制也可以用来确定是系统是支持的OpenGL Shading 语言的版本号。如果返回的扩展字符串里含有"GL_ARB_shading_language_100"，那么OPENGL SHADING LANGUAGE API支持1.00版本的OpenGL Shading语言。

Appendix B.

在这章里，我们将学习新加入的OpenGL函数(entry points)，它们用来创建、加载、编译、和连接shader，这些函数还被用来给shader传递一般的顶点属性和uniform变量。支持shader的OpenGL 入口函数详细列表见附录B。

在本章的最后，我们将介绍用来创建和使用第6章里的brick shader的程序代码。如果你已经等不及了，那么请先去看7.11节，然后再回来学习这些API的细节。

下面是创建和使用OpenGL shader的简介：

?用glCreateShaderObjectARB创建一个或多个(空的)shader对象

?调用glShaderSourceARB给shader提供源代码。

?为每个shader调用glCompileShaderARB来编译它。

?调用glCreateProgramObjectARB创建一个program对象.

?通过调用glAttachObjectARB把所有的shader对象和program对象关联起来。

?调用glLinkProgramARB把program对象连接起来。

?调用glUseProgramObjectARB把可执行的program设置成作为OpenGL当前状态的一部分。

?如果shader使用了uniform变量。如果想要对这些uniform变量进行处理，需要通过调用glLinkProgramARB和glGetUniformLocationARB查询得到该变量，然后再通过glUniformARB来赋值。

?如果vertex shader自定义了attribute变量，有两种方式指定该属性对应的索引值，首先可以通过在链接shader前调用glBindAttribLocationARB来设

定，也可以由OpenGL自动指定，在连接后可以通过调用函数

glGetAttribLocationARB来查询得到使用的索引值。顶点的一般属性

（Generic vertex attributes）也有两种方式送入vertex shader，第一种是通过调用glVertexAttribARB，第二种是一起调用

glVertexAttribPointerARB 和 glEnableVertexArrayPointer，通过这些指令就可以绘制顶点数组了。

7.1 建立Shader对象

OpenGL Shading 语言的API在设计的时候刻意的模仿了C/C++应用程序的开发。第一步是创建源代码，接下来代码必须通过编译，再将不同的编译模块连接到一起。最后，连接后得到的代码就可以在目标处理器上运行。

为了让OpenGL支持高级shading语言这个概念，必须提供某些结构能用来分别保存源代码、编译后的代码和可执行代码。我们定义了两个由OpenGL来管理的数据结构或者说是对象来解决这个问题。这些对象满足了存储的需求，我们为这些对象定义了一些操作，让它们有能力进行源代码的指定、编译、连接以及执行。当一个对象被创建的后，OpenGL返回这个对象的句柄(handle)。我们可以通过这个句柄来操作和查询这个对象的参数等。

使用可编程硬件的第一步是创建一个shader对象。这将会创建一个由OpenGL 管理的数据结构，用它来保存shander的源代码。用如下代码创建一个shader：

GLhandleARB glCreateShaderObjectARB(GLenum shaderType)

创建一个空的shader对象，返回它的句柄。一个shader对象用来保存和维护这个shader的源代码字符串。shaderType用来指示这个被创建的shader的类型。可以两种不同类型的shader。类型为GL_VERTEX_SHADER_ARB的shader在可编程的顶点处理器上运行的，它可以取代OpenGL固定功能的顶点处理过程。类型为

GL_FRAGMENT_SHADER_ARB的shader是在可编程的片段处理器运行，可以取代OpenGL 固定功能的片段处理过程。

创建后，shader 对象的GL_OBJECT_TYPE_ARB被设置为 GL_SHADER_OBJECT_ARB，而GL_OBJECT_SUBTYPE_ARB则根据shaderTypede的类型被设置成

GL_VERTEX_SHADER_ARB或者是 GL_FRAGMENT_SHADER_ARB。

当shader对象被创建后，表示源代码内容的字符串必须提供给shader。Shader 的源代码以一个字符串数组的形式存储。定义一个shader的源代码的命令如下：

void glShaderSourceARB(GLhandleARB shader,

GLuint nstrings,

const GLcharARB **strings,

GLint *lengths)

把shader里的代码设置成由strings变量定义的一组保存代码的字符串变量，则先前存储的代码将完全被覆盖。数组里字符串的个数由nstrings指定。如果lengths为NULL,则默认所有的字符串都以NULL结尾。如果lengths不为NULL，则它指向一个包含每个字符串长度的数组。Lengths数组里的每一个元素都包含了对应字符串的长度（字符串的null字符不计算在内）或者一个小于０的数来表示字符串以null结尾。源代码在这时候并不进行处理和分析，仅仅是简单的把代码拷贝到

shader对象里。应用程序在这个函数返回后可以立即修改或者释放这个源代码的拷贝。

一次可以提交多个字符串的优点包括：

?可以用多个一样的片段来组织源代码。

?可以在不同shader间共享前缀字符串（类似于头文件）。

?可以共享一些#define值来控制编译过程

?可以用来包含自定义或者第三方的函数库。

7.2 Compiling Shader Objects编译shader对象。

在源代码被加载到shader对象里后，源代码必须经过编译来检查其正确性。编译的结果依然作为shader的一部分保存在shader对象里，直到下一次编译操作发生，或者直到shader对象被删除。用来编译shader的命令如下：

void glCompileShaderARB(GLhandleARB shader)

这条指令编译已经保存在shader里的源代码。

编译的状态将作为shader对象状态的一部分保存在shader里。如果shader没有错误，被正确编译，那么这个值被设置为GL_TRUE，反之为GL_FALSE。它可以通过给glGetObjectParamenterARB传递一个GL_OBJECT_COMPILE_STATUS_ARB来查询。

如果一个shader有词法、语法或者语义错误的话，将不能正确编译。无论编译的结果是不是成功，编译的信息都包含在信息日志里面，这个日志可以通过调用函数glGetInfoLogARB取得。

OpenGL Shading 语言的编译规则对于不同的shader类型是不同的。所以必须考虑需要编译的是一个vertex shader还是一个fragment shader。

编译操作的信息可以通过调用glGetInfoLogARB(在7.5节中介绍)来获取。但是不应该根据此信息判断编译是否成功。如果shader对象编译成功，输出信息可能为空也可能包含编译操作的信息。如果编译不成功，那么信息日志中会包含发生的词法、语法和语义错误，然后是警告信息以及其他编译器认为相关的信息。

glCompileShaderARB不需要等到编译结束就可以将控制权返回给应用程序。其它需要依赖于编译结束的函数（比如：glLinkProgramARB）将会阻塞直到编译结束。如果你要保证在程序继续运行前，编译能正确结束的话，应该调用glGetObjectParameterARB来查询编译结果的正确性。查询操作将会阻塞直到编译结束，状态变量有效为止。

7.3 Linking and Using Shaders连接和使用shader。

每个shader对象都是独立编译的。为了创建一个program，应用程序需要一个机制来指定一个列表，里面列出了将要连接到一起的所有shader。我们需要先创建一个program对象并且把所有需要连接到这个program的shader都连接到一起，创建工作才能完成。

创建一个program对象使用下列命令：

GLhandleARB glCreateProgramObjectARB(void)

创建一个空的program对象返回它的句柄， shader 对象可以连接到program 对象上，它能够把所有的shader对象连接起来从而构成一个应用程序。同时它也提供了一种检查这些shader对象之间兼容性的手段（比如，检查vertex shader和fragment shader之间的兼容性）。如果一个program不再需要一个shader对象时，shader对象可以从program对象上detach掉。

在定义好一个program对象以后，shader对象就可以连接（attach）到它上面。Attach只是给那些将要连接到一起的shader创建一个引用。这是应用程序用来创建一个program的方法。Shader对象用以下方法attach到program上：

void glAttachObjectARB(GLhandleARB program,

GLhandleARB shader)

该命令把shader对象的shader句柄 (注：函数声明中的那个形参GLhandleARB shader)连接到program对象的program句柄(注：函数声明中的那个形参GLhandleARB program)上。这个动作指明了要连接到program上的shader。

连接到program上的shader的个数没有明确的限制。不管一个shader是不是已经连接到program对象上，所有对一个shader有效的操作都可以施加在其上。 在一个shader对象的源代码被加载前，或者在编译前都可以将其attach到一个program上，也允许一个shader对象被连接到多个program上。换句话说。glAttachObjectARB只是简单的指定了将要连接到一起的shader对象的集合。

为了创建一个有效的program，所有连接到program对象的shader对象都应该被正确编译，Program对象本身也必须被连接起来。连接操作将会给uniform变量分配空间，完成各个独立编译的shader对象间的相互引用工作。检查确保vertex shader和fragment shader之间的兼容性。用以下命令可以连接program:

void glLinkProgramARB(GLhandleARB program)

把句柄为program的program对象连接起来。如果有subtype的类型为

GL_VERTEX_SHADER_ARB 的shader对象连接到program上，它们将会被连接到一起创建一个可以运行在可编程vertex processor上的可执行代码。如果有subtype

的类型为 GL_FRAGMENT_SHADER_ARB 的shader对象连接到program上，它们将会被连接到一起，创建一个可以运行在可编程fragment processor上的可执行代码。

连接操作的状态将被保存成program对象状态的一部分。如果shader没有错误，被正确编译，那么这个值被设置为GL_TRUE，反之为GL_FALSE。它可以通过给glGetObjectParamenterARB传递一个GL_OBJECT_LINK_STATUS_ARB参数来查询。

如果连接成功，并且指定的program对象已经被前面最近的一个指令glUseProgramObjectARB设置成当前激活的应许，则将生成shader的可执行代码并将其设置成当前OpenGL渲染状态的一部分。

连接成功后，所有program自定义uniform变量（见7.7节）将被初始化为0，program对象的每一个激活的uniform变量都将被分配一个位置（location），这可以通过glGetUniformLocationARB来查询。但是，这时候每一个自定义的attribute 变量（见7.6节）还没有被绑定到一个普通的attribute索引上。

如果一个program包含了GL_VERTEX_SHADER_ARB类型的shader对象，但是没有包含GL_FRAGMENT_SHADER_ARB类型的shader对象。vertex shader将自动和固定管线功能的fragmetn处理例程连接到一起。同样的。如果一个program只包含了

GL_FRAGMENT_SHADER_ARB类型的shader对象而没有包含GL_VERTEX_SHADER_ARB类型的shader对象。Fragment shader隐含的将和固定管线功能的vertex处理管道连接。

连接一个program对象将可能因为下列原因而失败：

?attribute变量数目超过了OpenGL实现所能支持的最大数目。

?uniform变量数目超过了OpenGL实现所能支持的最大数目。

?Vertex shader或者fragment shader没有main函数。

?在fragment shader里声明的varying变量在vertex shader里没有声明成相同的类型（或者根本就没有声明）。

?函数或者变量名字无法解析。

?共享的全局变量被定义成不同的类型或者被初始化成不同的值。

?有一个或者多个连接到program的shader对象没有被成功的编译。

如果连接操作成功，将产生一个program对象。它可能包含一个可被vertex处理器运行的可执行程序，一个可被fragment处理器运行的可执行程序，或者两个都有。不管编译是不是成功，以前的信息和可执行代码都将丢失。当连接操作结束后，应用程序可以修改那些被连接到program上的shader对象，可以进行编译，也可以detach shader对象或者attach新的shader对象到program对象上。这些操作都不会影响到program对象的属性，直到下一个连接操作为止。

连接操作的信息可以通过调用glGetInfoLogARB（在第7.5章描述）来获得。如果连接操作成功，信息日志可能为空，也可能包含连接操作的信息。如果连接不成功，信息日志里包含发生的连接错误的信息，以及其它编译器有选择提供的警告信息。

glLinkProgramARB不需要等到连接操作完成才返回控制权给应用程序。任何依赖于连接结果的命令将会阻塞直到连接操作结束。如果你想保证在继续执行前连接操作完成的话，可以通过调用glGetObjectParameterARB来查询连接是不是成功。这个查询动作将被阻塞直到连接操作完成，状态变量有效为止。

当连接操作成功的完成后，它包含的可执行代码可能需要被作为当前渲染状态的一部分安装上去。要完成这个操作，使用下面命令：

void glUseProgramObjectARB(GLhandleARB program)

将program对象当作当前渲染状态的一部分设置起来。

如果一个program对象有一个或多个subtype类型为GL_VERTEX_SHADER_ARB的shader对象并且成功的被编译和连接，那么它将在顶点处理器上运行。同样，如果一个program对象有一个或多个subtype类型为GL_FRAGMENT_SHADER_ARB的shader 对象并且成功的被编译和连接，那么它将在fragment处理器上运行。

如果一个program对象包含有类型为GL_VERTEX_SHADER_ARB的shader对象但是没有包含类型为GL_FRAGMENT_SHADER_ARB的shader对象，vertex处理器的可执行代码将被安装但是fragment的处理过程将使用固定功能管线的处理算法。同理，如果一个program对象包含有类型为GL_FRAGMENT_SHADER_ARB的shader对象但是没有包含类型为GL_VERTEX_SHADER_ARB的shader对象，fragment处理器的可执行代码将被安装但是vertex处理过程将使用固定管线功能的vertex处理器。如果program对象为0，那么可编程处理器将被关闭，vertex和fragment处理过程都将使用固定功能管线的版本。

成功的安装了一个可编程处理功能后， OpenGL相应的固定功能（fixed functionality）处理管线将被关闭。特别的，如果vertex处理器的可执行代码被安装，那么将关闭在第4.1节中介绍的OpenGL的固定功能，类似的，如果一个可执行的fragment处理器的代码被安装，那么将关闭在第4.2节中介绍的OpenGL的固定功能。

如果一个program对象正在使用，应用程序可以随意的改变attach到这个program对象上的shader对象、也可以编译它们、或者连接新的shader对象到program对象上、detach一个已有的shader对象、删除任何一个已经attach的shader对象，甚至删除program对象本身。任何这样的操作都不会影响到作为当前状态一部分的可执行代码。但是，如果重新连接一个正在使用的program对象的话，如果连接成功，将会把连接内容作为当前渲染状态的一部分安装上来。当一个program正在被使用的时候，标准的OpenGL调用同样会影响到那些被program关闭了的固定功能管道的状态。

7.4 Cleaning Up清理

如果对象不再需要了，它们应该被删除掉，可以通过以下命令完成： void glDeleteObjectARB(GLhandleARB object)

这个指令清理掉了指定对象占用的存储空间（memory，这里可能是显存），让和句柄关联的、由OpenGL管理的object（函数里形参）指定的对象无效。这个函数的作用和glCreateShaderObjectARB或者glCreateProgramObjectARB相反。

如果一个被删除的shader对象已经attach到一个program对象上，它将被标记为需要删除，但是直到它不再连接到任何一个渲染环境（rendering contex 也就是RC）的program对象上其才会真正被删除（例如，它必须从任何一个attach了它本身的地方detach后才会被删除）。如果一个program对象正在作为当前渲染状态的一部分被使用，它也将被做上删除的标记，但是直到它不在作为任何一个渲染环境的当前状态的一部分的时候，才会被真正删除。如一个被删除的program对象上attach了其它的shader对象，那么这些shader对象将自动被detach掉但是不会自动被删除，除非这些对象已经在先前调用glDeleteObjectARB的时候被做上了删除标记。

要知道一个对象是不是标记为删除，可以用对象和常数

GL_OBJECT_DELETE_STATUS_ARB做参数来调用glGetObjectParameterARB得到。

如果一个shader对象不再需要attach到program对象上，它可以通过以下命令来detach：

void glDetachObjectARB(GLhandleARB program, GLhandleARB shader)

把一个名字为shader（这个shader表示这个函数的参数）的shader对象从一个名字为program（这个program表示这个函数的参数）的program对象上detach 掉，这个命令的作用和glAttachObjectARB相反。

还有一个编程技巧可能非常有用，它可以让整个过程变的更有条理：在把一个shader对象attach到program对象以后，立刻就把它删除掉。我们知道，在这个时候，该shader并不会被真正删除，如果它不再被引用到的时候只是做上一个删除的标记。在以后只要应用程序只要删除program对象就可以了删除这个shader对象，所有这时所有attach到program对象上的shader对象都会被自动detach掉。而且它们此时被标记为删除，在需要的时候，它们会被自动清理掉。

7.5 Query Functions查询函数。

OpenGL Shading语言的API 包含多个可以查询对象状态的函数。为了获得对象的类型、对象的子类型、对象的运算的状态、连接到这个对象上的对象个数、激活的attribute变量的数目（见第7.6节）、激活的uniform变量个数（见第7.7节）或者是由对象维护的一个字符串的长度，可以使用以下的任何一个命令：

void glGetObjectParameterfvARB (GLhandleARB object,

GLenum pname,

GLfloat *params)

void glGetObjectParameterivARB (GLhandleARB object,

GLenum pname,

GLint *params)

在params形参里返回的是所查询对象的参数。这个函数可以用来返回一个对象

的信息。在表7.1里,左边是pname的值，对应的函数查询操作的解释在右边：

表7.1. 查询使用的参数

参数具体功能

GL_OBJECT_TYPE_ARB .

根据对象的句柄（参数object）是一个

program对象还是一个shader对象。

Params分别返回

GL_PROGRAM_OBJECT_ARB 或者

GL_SHADER_OBJECT_ARB。

GL_OBJECT_SUBTYPE_ARB 根据对象的句柄（object参数）是一个

vertex shader还是fragment shader。

Params分别返回GL_VERTEX_SHADER_ARB

或者 GL_FRAGMENT_SHADER_ARB。

GL_OBJECT_DELETE_STATUS_ARB 如果对象当前被标记为删除，params返

回1或者1.0f。否则返回0或者0.0f。GL_OBJECT_COMPILE_STATUS_ARB 如果对象最近的一次编译操作成功。

Params返回1或者1.0f。否则返回0或

者0.0f。

GL_OBJECT_LINK_STATUS_ARB 如果对象最近一次连接操作成功，

params返回1或者1.0f。否则返回0或

者0.0f。

GL_OBJECT_V ALIDATE_STATUS_ARB 如果最近对对象最近的一次操作是成功

的。Params返回1或者1.0f。否则返回

0或者0.0f。

表7.1. 查询使用的参数

参数具体功能

GL_OBJECT_INFO_LOG_LENGTH_ARB Params返回对象的信息日志中的字符串

长度（字符个数），其中包含了null结

束符在内。如果对象没有包含信息日志，

则返回0。

GL_OBJECT_ATTACHED_OBJECTS_ARB params返回attach到这个对象上的对

象个数。

GL_OBJECT_ACTIVE_ATTRIBUTES_ARB Params返回指定的program的处于激活

状态的attribute变量的个数。

GL_OBJECT_ACTIVE_ATTRIBUTE_MAX_LENGTH_A RB Params返回指定program对象中的名字最长的那个激活的attribute变量的名字长度（包含null结束字符）。如果没有激活的attribute（注：原书为uniform变量，应该是作者的笔误）变量，则返回0或者0.0f。

GL_OBJECT_ACTIVE_UNIFORMS_ARB Params返回指定的program激活的

uniform变量的个数。

GL_OBJECT_ACTIVE_UNIFORM_MAX_LENGTH_AR B Params返回指定program对象中的名字最长的那个激活的uniform变量的名字长度（包含null结束字符）。如果没有激活的uniform变量，则返回0或者0.0f。

GL_OBJECT_SHADER_SOURCE_LENGTH_ARB Params返回把所有的代码串联在一起后

的shader代码字符串的长度，其中包含

null结束符。如果没有指定源代码，则

返回0或者0.0f。

Shader的当前代码可以通过如下函数调用从一个shader对象里取得：

void glGetShaderSourceARB(GLhandleARB shader

GLsizei maxLength,

GLsizei *length,

GLcharARB *source)

从由shader形参指定的shader对象里取得联在一起的源代码字符串。源代码字符串即是前面一次调用glShaderSourceARB指定的源代码字符串。返回的字符串以null结尾。

glGetShaderSourceARB返回的字符个数等于源代码所有的字符个数，最大到maxLength指定的字符数。实际返回的字符个数保存在length（注：原书为count，估计为笔误）中，不包括结束字符null。如果不需要实际返回的字符数，可以给这个变量传递一个NULL 指针。用来保存返回字符串的缓冲区的大小可以用glGetObjectParameterARB函数加

GL_OBJECT_SHADER_SOURCE_LENGTH_ARB参数调用来得到。

Shader的编译操作的信息将保存在shader对象的信息日志里。同样的，program 的连接信息也将保存在program对象的信息日志里。信息日志里包含了诊断信息和警告信息的字符串。在开发过程中，即使是编译和连接成功的情况下信息日志也十分的有用。一个应用程序不能假设不同的OpenGL 实现能产生相同的信息日志。从一个shader对象或者一个program对象里取回信息日志可以使用：

void glGetInfoLogARB(GLhandleARB object,

GLsizei maxLength,

GLsizei *length,

GLcharARB *infoLog)

从指定的OpenGL管理的对象中取得信息日志。Shader对象的信息日志在shader 被编译的时候改变。Program对象的信息日志在连接或者使其变为有效的时候改变。返回的字符串以null结尾。

glGetInfoLogARB返回的保存在infoLog的信息日志，字符个数等于日志的长度，但是最大到maxLength指定的字符数。实际返回的字符个数保存在length中，这里不包括结束字符null。如果不需要实际返回的字符数，可以给这个变量传递一个NULL指针。用来保存返回字符串的缓冲区的大小，可以通过调用参数为

GL_OBJECT_INFO_LOG_LENGTH_ARB的函数glGetObjectParameterARB获得。

信息日志是一个可能包含了诊断信息、警告信息、最后一次编译（对shader对象）或者是连接和激活program对象（对program对象）产生的信息。当一个shader 对象或者一个program对象创建的时候，信息日志的字符串长度为0。

因为要用用API来取回信息日志，所以要查询出信息日志的长度（信息日志字符串的字符个数），在分配了相应的缓冲区后，就可以调用glGetInfoLogARB来把信息日志放到分配的缓冲区里。如果你需要，可以把这些信息打印出来，清单7.1中列出的C函数就可以完成这个任务。

清单 7.1. 用来打印一个对象信息日志的C函数。

void printInfoLog(GLhandleARB obj)

{

int infologLength = 0;

int charsWritten = 0;

GLcharARB *infoLog;

printOpenGLError(); // 检查 OpenGL 错误

glGetObjectParameterivARB(obj, GL_OBJECT_INFO_LOG_LENGTH_ARB,

&infologLength);

printOpenGLError(); //检查 OpenGL 错误

if (infologLength > 0)

{

infoLog = (GLcharARB*)malloc(infologLength);

if (infoLog == NULL)

{

printf("ERROR: Could not allocate InfoLog buffer\n");

exit(1);

}

glGetInfoLogARB(obj, infologLength, &charsWritten, infoLog);

printf("InfoLog:\n%s\n\n", infoLog);

free(infoLog);

}

printOpenGLError(); //检查 OpenGL 错误

}

当前正在使用的program对象可以通过下面函数得到：

GLhandleARB glGetHandleARB(GLenum pname)

返回作为当前状态一部分的对象（通常是一个program对象）的句柄。参数pname 指定了需要查询的状态值。如果给它传递GL_PROGRAM_OBJECT_ARB，则返回作为当前渲染状态对应的program对象。

最后，可以使用如下命令来查询到连接到一个指定program上的shader对象列表：

void glGetAttachedObjectsARB(GLhandleARB program,

GLsizei maxCount,

GLsizei *count,

GLhandleARB *objects)

该函数返回连接到program对象上的shader对象句柄的列表。返回对象的个数等于连接到program对象上的shader对象的个数，但是该值小于等于maxCount指定的个

数。实际返回shader对象的个数保存在count变量中。如果不需要知道实际返回句柄的个数的话（比如，我们已经通过调用glGetObjectParameterARB知道有多少个shader对象连接到program上了），我们可以给count传递一个NULL指针。如果没有shader 对象返回，函数会把count置成0。实际连接到program对象上的shader对象的个数可以通过glGetObjectParameterARB加参数

GL_OBJECT_ATTACHED_OBJECTS_ARB获得。

7.6 Specifying Vertex Attributes指定顶点属性(Vertex Attribute)

给OpenGL传递数据的一种途径是通过调用glBegin，后面跟着一系列的glColor/glNormal/glVertex/等，最后以glEnd函数来作为结束。

这些函数在OpenGL可编程环境里仍然可以工作。以前，glVertex的调用意味着指定了一个顶点的属性并需要立即处理。而现在，当用glUseProgramObjectARB安装了一个vertex shader后，顶点数据将由vertex shader处理，而不是OpenGL

的固定功能管线。一个vertex shader可以通过以下内建变量访问传递给OpenGL

的标准顶点数据：

attribute vec4 gl_Color;

attribute vec4 gl_SecondaryColor;

attribute vec3 gl_Normal;

attribute vec4 gl_Vertex;

attribute vec4 gl_MultiTexCoord0;

attribute vec4 gl_MultiTexCoord1;

attribute vec4 gl_MultiTexCoord2;

. . .

attribute vec4 gl_FogCoord;

OpenGL这种一次指定一个顶点的方式非常简单有用。但是在现在的图形系统里，它不是一种向图形卡高效的传递数据的方式。我们应该尽可能的使用顶点数组(vertex array)的调用接口。这个接口允许你把顶点保存在一个数组里，并设置一个指针指向这个数组，这和一次发送一个顶点给OpenGL不同，你可以一次传输一组的图元。使用vertex buffer对象（VBOs），还可以把数据存放在图形卡里来达到最高的渲染性能。

使用顶点数组的接口在OpenGL可编程环境里也和以前一样工作。当一个顶点数组被传送到OpenGL里的时候，和一次指定一个vertex数据一样，顶点数组里的顶点也是一次一个的被处理。如果一个vertex shader被激活，每一个顶点是在vertex shader里被处理而不是传统的OpenGL固定管线。

另外，可编程性意味着应用程序不再局限于OpenGL定义的传统顶点属性了。也许我们还希望把其它附加的顶点属性传递给vertex shader。很容易想象到应用程序可能会给每个顶点传递一些特定数据，比如：切线（tangents）、温度、压力以及其他一些可能需要的数据。那么应用程序如何将这些非传统意义上的顶点属性传递给OpenGL并让vertex shader处理呢？

答案是OpenGL提供了少量的通用的空间来传递顶点属性（vertex attribute）。每个位置都用一个数字标记，每一个位置可以存放4个浮点分量（比如：一个vec4）。一个支持16个属性位置的OpenGL实现有一套从0到15的标记来标记这16个位置。应用程序可以用如下的函数中的一个来设置shader使用的顶点属性。

void glVertexAttrib{1|2|3|4}{s|f|d}ARB(GLuint index, TYPE v)

void glVertexAttrib{1|2|3}{s|f|d}vARB(GLuint index, const TYPE *v)

void glVertexAttrib4{b|s|i|f|d|ub|us|ui}vARB(GLuint index, const TYPE *v)

v指定的是数据，用来将数据传递给index指定的顶点属性。这些函数有最多3个后缀。第一个后缀可以是1,2,3或者是4，用来指定v 是包含几个分量。如果不提供第2个和第3个分量，它们默认值为0，而如果没有提供第4个分量。则默认为1。第2个后缀指出v的数据类型：byte(b) short (s), int (i), float (f), double (d), unsigned byte (ub), unsigned short (us), 或者 unsigned int (ui)。第三个后缀v是可选的，如果指定了v则表示参数v是一个指向数租的指针。

这一系列命令有对应的一系列规则来把数据转化为OpenGL内部表示的浮点格式。和你预想的一样，Float和double类型被映射为OpenGL内部的浮点值，整数则通过在左边增加小数位来转化为float类型。比如，一个值为27的byte ,int , short, unsigned byte, unsigned int,或者unsigned short类型的值将会变成一个为27.0的浮点数来满足OpenGL的计算需求。

另外一组入口函数可以用来给通用顶点属性（generic vertex attributes）指定单位化的值：

void glVertexAttrib4NubARB(GLuint index, TYPE v)

void glVertexAttrib4N{b|s|i|f|d|ub|us|ui}vARB(GLuint index, const TYPE *v)

v指定的是数据，用来将数据传递给index指定的顶点通用属性。这里的函数多了个的N，用来表明单位化的数据。这个函数可以由两个后缀来区分参数的不同类型。第一个后缀指出v的数据类型：byte(b) short (s), int (i), float (f), double (d), unsigned byte (ub), unsigned short (us), 或者 unsigned int (ui)。第二个后缀v可选，如果指定了v则表示参数v是一个指向数租的指针。

命令里包含了N,表示当数据是float或者是double的时候，参数将被线性映射到一个单位化的区间里，这和函数glColor和glNormal是一样的。对有符号整数类型的函数参数，正值将映射到1.0，负值将被映射到-1.0。对无符号的整数类型，最大的数值将被映射到1.0，最小的被映射到0.0；

属性变量可以是mat2,mat3,或者mat4类型的。这些类型的属性也可能由glVertexAttribARB入口函数来加载。矩阵必须以列优先的方式被复制到连续的属性位置上。每个属性位置保存一个矩阵的列向量。你可能会把一个矩阵的第一列加载到第i个位置，第二列加载到第i + 1个位置上, 第三列加载到第i + 2个位置上,第四列加载到第i + 3个位置上。

通用顶点属性，虽然“通用”意味着他们可以传递任何附加的颜色值，切线，副法线（binormals），深度值，以及其他一些数据。但是一个例外是索引为0的顶点属性位置，它是用来指示一个顶点数据已经传输完毕的，如同调用glVertex。一个glVertex2,glVertex3或者glVertex4命令和对应的用index 为0的glVertexAttribARB调用是完全等价的。索引为0的attribute变量没有初始值（试图去读它的变量，则会产生一个错误），这是唯一一个有这样属性的attribute变量。其他的顶点属性设置可以任意的调用以及和其他属性混合调用。你还可以随意的使用glVertex和glVertexAttribARB来设置索引为0的顶点属性值。

顶点数组的API也被扩展为可以和顶点数组相同的形式用来指定顶点属性。下面的调用将为通用顶点属性建立顶点数组指针：

void glVertexAttribPointerARB(GLuint index,

GLint size,

GLenum type,

GLboolean normalized,

GLsizei stride,

const GLvoid *pointer)

指定一个渲染时候要用到的通用顶点属性数组的位置和数据格式。要指定的那个顶点属性数组由index指定。size指定每个属性的分量个数，必须是1，2，3或者4。Typde指定每个分量的类型（GL_BYTE, GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT,

GL_UNSIGNED_SHORT, GL_INT, GL_UNSIGNED_INT, GL_FLOAT, 或 GL_DOUBLE）。Stride指定了一个属性到下一个属性的跨度（以字节为单位），这就允许了一个属性值可以和其他的属性值交替混合的存放在一起或者是分开存放。如果把normalize 设置成GL_TRUE,意味着以整数形式保存的数据在被访问和转化到浮点数的时候将被映射到[-1.0,1.0]（对有符号数）或者[0.0,1.0]（无符号数）的范围。其他情况下，数据将不被单位化直接转化为浮点数。Pointer参数指定了顶点属性数组的第一个属性值的内存地址。

当为一个通用顶点属性数组指定了顶点数组信息以后，数组需要被激活，当被激活后，被指定的通用顶点属性数据就可以和其他被激活的顶点数组将在绘制命令发出时一起提交给OpenGL，这些绘制命令是glDrawArrays等函数。激活或者关闭一个顶点数组。可以使用下列命令：

void glEnableVertexAttribArrayARB(GLuint index)

void glDisableVertexAttribArrayARB(GLuint index)

激活或者关闭由index指定的通用顶点属性数组。在客户端，默认的时候，这些数组都是被关闭的。当被激活后，保存在数组里面的数据将在绘制函数（例如glArrayElement, glDrawArrays, glDrawElements, glDrawRangeElements, glMultiDrawArrays,或者glMultiDrawElements等）调用的时候被访问到。

这只是解决了通用顶点数据如何传递给OpenGL的问题。但是我们怎么才能在vertex shader里访问到这些数据呢？我恩不想在shader里访问这些位置索引，因为这样

描述性不好，而且容易产生错误。OpenGL Shading Language API提供了两种方法来把通用顶点数据索引和vertex shader里的attribute变量关联起来。

第一种方法是让连接器自动绑定。在这种情况下，应用程序应该在连接结束后去查询已经被分配好的通用顶点属性的索引，然后用查询到的索引来给OpenGL传递数据。

第二种方法是由应用程序来选择一个通用顶点属性的索引，并把它显式的绑定到vertex shader里指定的变量上，这可以在连接操作前通过以下命令完成：

void glBindAttribLocationARB(GLhandleARB program,

GLuint index,

const GLcharARB *name)

把一个program对象里自定义的attribute变量和通用顶点属性索引关联起来。自定义的attribute变量的名字name以null字符结尾的字符串的形式传递。如果这个名字的变量在以前已经被绑定过，那么以前的信息将丢失。你不能把一个变量绑定到多个索引。但是你可以把多个变量绑定到同一个索引。attribute变量要绑定到的索引由index指定。如果program对象是当前的状态机的一部分。那么通过index传递的通用顶点属性的值将影响到program中由name指定的自定义

attribute变量。

如果name指向的是一个矩阵类型的attribute变量。Index则代表矩阵第一个列向量的索引。矩阵的其它的列自动的绑定，mat2绑定index+1，mat3绑定index+1和index+2，mat4绑定index+1、index+2和index+3的索引。

应用程序不能通过这个命令来绑定OpenGL标准的顶点属性。因为这些属性是在需要的时候自动绑定的。program连接后执行的属性绑定操作在下一次连接操作前是没有任何作用的。

glBindAttribLocationARB可以在任何一个vertex shader对象连接到指定的program对象前调用。也允许绑定一个在vertex shader里从来没有用到过的变量名字到指定的通用属性索引。

应用程序可以绑定多个激活的attribute变量到一个相同顶点属性索引。这个叫做属性重名(ATTRIBUTE ALIASING)。and it is allowed only if just one of the aliased attributes is active in the executable program or if no path through the shader consumes more than one attribute of a set of attributes aliased to the same location.另外一种说法是当多个属性名字被绑定到一个通用属性索引的时候，在vertex shader里最终只有一个名字可以用来访问通用属性。编译器和连接器可以假设没有重名，这样就可以启用只有在没有重名的情况下才能进行的优化操作。OpenGL的实现没有要求进行属性重名的错误检测。因为没有办法绑定标准属性，所以也不存在通用属性和传统属性重名的可能性。

Attribute变量的名字到通用属性索引之间的绑定可在任何时候调用glBindAttribLocationARB来实现。Attribute绑定在glLinkProgramARB调用之前没

有任何效果。所以，任何一个需要显式绑定的attribute变量应该在连接操作前绑定。当一个program对象被成功的连接后，attribtue变量的索引值也就固定下来（索引值可以被查询到）直到下一个连接操作发生。查询一个vertex shader中的attribute 变量的绑定结果，可以通过如下函数：

GLint glGetAttribLocationARB(GLhandleARB program,

const GLcharARB *name)

查询由形参program指定的已经成功连接的program对象中的，由形参name指定的attribute变量，返回由这个name指定的attribute 变量绑定到通用顶点属性的索引。如果name是一个矩阵类型的attribute变量的的名字。则返回第一个列向量的索引。如果指定的attribute 变量在一个program对象中不是一个活动的attribute 变量，或者名字以保留前缀gl_打头的情况下，将返回-1。

glGetAttribLocationARB返回的是在glLinkProgramARB后确定的已经产生影响的绑定结果。在连接操作后的绑定结果不能通过glGetAttribLocationARB查询得到。用这些函数，我们可以创建一个vertex shader ，这个shader有一个名为”Opacity”的attribute变量用来计算光照。我们决定通过通用属性索引1 来个每个顶点传送透明度数据。我们可用以下的代码来进行正确的绑定：

glBindAttribLocationARB(myProgram, 1, "Opacity");

随后，我们可以用glVertexAttribARB来给每个顶点传递一个透明度信息：

glVertexAttrib1fARB(1, opacity);

glVertexAttribARB被设计成可用来在glBegin和glEnd之间调用，这样它们就可以用来取代标准的OpenGL调用比如：glColor，glNormal等等。但是如同我们已经指出的，应该用顶点数组来解决图形性能问题。

这一章里的有些行话可能会引起一点点的混淆。下面让我们来看一个图表，它表示了由OpenGL Shading Language 定义的OpenGL内建属性变量。用来设置标准属性（比如color , normal , vertex等）的设置命令和内建变量（gl_Color, gl_Normal，gl_Vertex等）之间的映射是自动完成的。它们不会和使用任何一个通用属性位置索引冲突。除了glVertex，他们都设置了当前状态里的对应属性（glVertex提供的数据从来都不会保存成为当前状态的一部分）。当这些标准调用设置一个相应的标准顶点属性时候，对应的内建属性变量也被自动更新。

Figure 7.1. 标准属性的设置命令和内建变量之间的映射

现在来看一下通用顶点属性的情况，在图7.2中表示。一个用户定义的属性变量必须被绑定到一个通用属性索引上。这个绑定可以通过显式调用函数glBindAttribLoactionARB，或者在连接时候隐式完成。

Figure 7.2.通用顶点属性的设置命令和自定义attribute变量之间的映射

假设我们有一个vertex shader，使用了三个自定义的 attribute变量：Opacity, Binormal,和MyData。它们在图7.2的右边表示。这些自定义的attribute变量可以被绑定到一个通用顶点索引上，如下：

glBindAttribLocationARB(myProgram, 1, "Opacity");

glBindAttribLocationARB(myProgram, 2, "Binormal");

glBindAttribLocationARB(myProgram, 3, "MyData");

这就建立一种映射，当对通用顶点属性位置1,2和3写入的时候，将会修改vertex shader里的attribute变量Opacity, Binormal和MyData。通用顶点属性0可以被绑定到一个自定义attribute变量，或者它的值可以通过内建变量gl_Vertex来取回。图中颜色的通用顶点属性索引N没有被绑定到任何一个自定义 attribute变量上。

如同提到的，每个通用顶点属性位置都提供了一个足够保存4个浮点分量的空间。应用程序可以允许保存每个位置中的1,2,3或者4分量。一个vertex shader可以

通过一个自定义的attribute变量，以float , vec2,vec3或者vec4的方式来访问一个单一的位置(location)。也可以通过mat2来访问两个连续的位置，通过mat3来访问三个连续的位置，通过mat4来访问四个连续位置。

用户自定义的attribute变量到通用属性索引的绑定（图7.2左边的部分）是program对象维护着的状态的一部分。但是属性数组是被被认为当前状态的一部分（除了索引号为0的顶点属性）。应用程序为不同的program对象可以提供不同的特点的属性索引到vertex shader里的attribute变量的映射。如果没有调用函数来更新attribute的值，新的vertex shader的attribute变量的值将从前面一次的调用中获得。

那些在一个vertex shader执行过程中可能会被访问的Attribute变量被成为是活动的attribute变量（ACTIVE ATTRIBUTES）。可以用如下的命令获得活动的attribute 变量的信息。

void glGetActiveAttribARB( GLhandleARB program,

GLuint index, GLsizei maxLength,

GLsizei *length, GLint *size,

GLenum *type, GLcharARB *name)

返回一个由program对象里的一个attribute 变量的信息，这个program对象由形参program指定。由应用程序分配的字符串缓冲区的长度由maxLength指定。指向这个字符串缓冲区的指针由name指定。一个attribute变量是不是活动的（无论是自定义的还是内建的）是由program对象在连接过程中判断一个变量在执行的时候有没有可能被访问到决定的。因此，在调用这个函数前，有必要先调用glLinkProgramARB函数，但是是否连接成功则不是必要的。

glGetActiveAttribARB返回由index指定的attribte变量的名字，返回的名字保存在由name指定的字符串缓冲区里。返回的字符串以null字符结尾。实际返回的字符数目被保存在length里，长度不包含null 字符。如果不需要返回的字符树木，则给length传递一个NULL指针。

一个program对象里的活动attribute变量的数目可以通过传递一个

GL_OBJECT_ACTIVE_ATTRIBUTES_ARB 的参数给glGetBojectParamenterARB函数来获得。 给index传递0表示返回第一个活动attribute变量的信息，传入

GL_OBJECT_ACTIVE_ATTRIBUTES_ARB返回的数目-1给index，则返回最后一个活动attribute变量的信息。最长的attribute变量的名字可以通过给glGetObjectParameterARB传递参数GL_OBJECT_ACTIVE_ATTRIBUTE_MAX_LENGTH_ARB 来获得。

形参type将返回一个指向attribute变量的类型的指针，返回的值可能是以下常量GL_FLOAT, GL_FLOAT_VEC2_ARB, GL_FLOAT_VEC3_ARB, GL_FLOAT_VEC4_ARB,

GL_FLOAT_MAT2_ARB, GL_FLOAT_MAT3_ARB, 和GL_FLOAT_MAT4_ARB（注：这些是定义的宏，是常量）。形参size返回attribute的大小（以type返回的类型为单位）。

这个函数将返回指定的attribute变量尽可能多的信息，如果没有信息可以返回。则length将被置成0,返回字符串为空。这样情况的可能是函数调用发生在连接失败以后。

这个命令在shader开发人员和应用程序开发人员是分开工作的环境下非常有用。如果attribute变量的命名规范在 shader开发人员和应用程序开发人员之间是一致的时候。应用程序开发人员就有可能在运行时刻去查询program对象，去决定是不是真的需要给一个属性传递数据。这个方法给shader开发过程提供了更加大的灵活性。

查询一个通用顶点属性的状态，可以调用以下的一个命令：

void glGetVertexAttribfvARB(GLuint index,

GLenum pname,

GLfloat *params)

void glGetVertexAttribivARB(GLuint index,

GLenum pname,

GLint *params)

void glGetVertexAttribdvARB(GLuint index,

GLenum pname,

GLdouble *params)

Params保存了返回的通用顶点属性的参数。要查询的通用顶点属性由index指定。要查询的参数由pname指定。参数和返回值在表7.2里有详细总结。除了

GL_CURRENT_VERTEX_ATTRIB_ARB以外的所有参数都表示客户端的状态（OpenGL是以Client-Server模式工作的）。

表7.2. 通用顶点属性参数

Parameter Operation

GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_ENABLED_ARB Params返回一个单一值。非0（true）

的时候表示一个属性数组是enable

的，0（false）的时候表示被disable

掉。初始值为GL_FALSE.

GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_SIZE_ARB Params返回一个单一值。Index指定

的顶点属性数组的大小。大小是顶点

属性数组中每个元素的大小，可能是

1，2，3，或者4。初始值是4。

GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_STRIDE_ARB Params返回一个单一值。返回由index

指定的顶点属性数组的跨度(stride)

值.也就是相邻两个元素之间的字节

数。为0表示数组中的元素在内存中

表7.2. 通用顶点属性参数

Parameter Operation

是连续保存的。初始值为0。

GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_TYPE_ARB Params返回一个单一值。一个符号常

数，表示由index指定的顶点数组的类

型。可能的值为GL_BYTE,

GL_UNSIGNED_BYTE, GL_SHORT,

GL_UNSIGNED_SHORT, GL_INT,

GL_UNSIGNED_INT, GL_FLOAT,或者是

GL_DOUBLE.初始值为GL_FLOAT。

GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_NORMALIZED_ARB Params返回一个单一值。返回非

0(true)的时候表示由index指定的顶

点属性数组把数据转化为浮点数的时

候需要进行单位化，否则为0(false)。

初始值为GL_FALSE。

GL_CURRENT_VERTEX_ATTRIB_ARB Params返回四个值。表示由index指

定的通用顶点数据的当前值。索引为0

通用顶点属性没有当前值，所以当索

引为0的时候，将产生一个错误。所

有的通用顶点属性的初始值都为(0,

0, 0,1)。

void glGetVertexAttribPointervARB(GLuint index,

GLenum pname,

GLvoid **pointer)

返回指针信息，index表示需要查询的通用顶点属性。Pname表示是一个符号常量指示需要返回的指针。Pointer是一个指针用来保存需要返回的数据。Pname唯一一个可能的参数就是GL_VERTEX_ATTRIB_ARRAY_POINTER_ARB。Pointer(原书为params，此处应该为pointer)返回了一个指向有index指定的顶点数组的指针。

7.7 指定Uniform变量

如同前面一章里描述的，attribute变量用来描述一个vertex shader里经常需要改变的数据。不是常需要改变的数据则可以通过uniform变量来传递。Uniform变量在一个shader里定义能被应用程序直接装载。这让应用程序具备给shader提供任意类型数据的能力。应用程序可以为每个图元指定不同的uniform变量值，用来改变shader的行为（当然这样做可能导致性能问题）。通常uniform变量用来提供不需要经常改变的状态值。