OpenGL ES2学习笔记（3）-- 使用Shader

渲染流水线

OpenGL ES 1.0和1.1使用的渲染方式是Fixed Function Pipeline，从2.0版本开始，转而使用Programmable Shader Pipeline。要想使用OpenGL ES 2.0，必须使用一种语法很像C语言的语言GLSL来编写Shader程序。

封装OpenGL API

直接通过OpenGL API来使用GLSL太繁琐了，因此我进行了简单的抽象和封装。

GLWrapper

import javax.media.opengl.GL2ES2;

public abstract class GLWrapper {
    
    protected GL2ES2 getGL() {
        return Glob.getInstance().getGL();
    }
    
}

GLWrapper类只有一个方法getGL()，返回 javax.media.opengl.GL2ES2接口。关于GL2ES2接口的更多信息，请看 这个网页。Glob对象稍后介绍。

GLObject

public abstract class GLObject extends GLWrapper {
    
    protected int objectId;
    
}

GLObject继承GLWrapper，用来抽象OpenGL管理的对象（应该在GPU内存里）。

ShaderCompiler和ShaderObject

import static javax.media.opengl.GL2ES2.GL_FRAGMENT_SHADER;
import static javax.media.opengl.GL2ES2.GL_VERTEX_SHADER;

public class ShaderCompiler extends GLWrapper {
    
    public ShaderObject compileVertexShader(String shaderCode) {
        return compileShader(GL_VERTEX_SHADER,shaderCode);
    }
    
    public ShaderObject compileFragmentShader(String shaderCode) {
        return compileShader(GL_FRAGMENT_SHADER,shaderCode);
    }
    
    private ShaderObject compileShader(int shaderType,String shaderCode) {
        ShaderObject obj = new ShaderObject();
        
        obj.objectId = getGL().glCreateShader(shaderType);
        getGL().glShaderSource(obj.objectId,1,?               new String[] {shaderCode},new int[] {shaderCode.length()},0);
        getGL().glCompileShader(obj.objectId);

        return obj;
    }
    
}

public class ShaderObject extends GLObject {
    
}

前面说GLSL的语法和C语言很像，其实不光是语法，编译和链接过程也很像。ShaderCompiler抽象Shader编译器，ShaderObject抽象编译后的Shader对象。Vertex Shader和Fragment Shader的详细信息可以从OpenGL wiki上查到。

ShaderLinker和ShaderProgram

public class ShaderLinker extends GLWrapper {
    
    public ShaderProgram linkProgram(ShaderObject... shaders) {
        ShaderProgram program = new ShaderProgram();
        program.objectId =  getGL().glCreateProgram();

        for (ShaderObject shader : shaders) {
            getGL().glAttachShader(program.objectId,shader.objectId);
        }

        getGL().glLinkProgram(program.objectId);
        return program;
    }
    
}

public class ShaderProgram extends GLObject {
    
    public void use() {
        getGL().glUseProgram(objectId);
    }
    
}

类似C语言的链接过程，ShaderLinker把编译好的ShaderObject链接成一个ShaderProgram，之后就可以使用这个ShaderProgram了。

Glob

Glob单例类定义了一个方法来编译和链接Shader程序：

import javax.media.opengl.GL2ES2;

public class Glob {
    
    private static final Glob INSTANCE = new Glob();
    public static Glob getInstance() {
        return INSTANCE;
    }
    
    private GL2ES2 gl;
    private final ShaderCompiler shaderCompiler;
    private final ShaderLinker shaderLinker;
    
    private Glob() {
        shaderCompiler = new ShaderCompiler();
        shaderLinker = new ShaderLinker();
    }

    public ShaderProgram compileAndLink(String vertexShaderCode,String fragmentShaderCode) {
        ShaderObject vertexShader = shaderCompiler.compileVertexShader(vertexShaderCode);
        ShaderObject fragmentShader = shaderCompiler.compileFragmentShader(fragmentShaderCode);
        ShaderProgram program = shaderLinker.linkProgram(vertexShader,fragmentShader);
        
        getGL().glDeleteShader(vertexShader.objectId);
        getGL().glDeleteShader(fragmentShader.objectId);
        
        return program;
    }
    
    ...
    
}

类图

编译和链接过程示意图

在OpenGL Console里试验

打开OpenGL Console，运行下面的脚本：

import javax.media.opengl.GL

def vertexShader = """
  void main() {
    gl_Position = vec4(0.0,0.0,1.0);
    gl_PointSize = 10.0;
  }
"""

def fragmentShader = """
  void main() {
    gl_FragColor = vec4(1.0,1.0);
  }
"""
def shaderProgram = glob.compileAndLink(vertexShader,fragmentShader)
shaderProgram.use()

gl.glClearColor(0.8f,0.6f,0.4f,1.0f)
gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT)

画布应该被清除成像下面这样的淡黄色：

代码解释

上面的脚本只是定义了两个字符串，一个是Vertex Shader代码，一个是Fragment Shader代码，然后调用Glob对象的compileAndLink()方法编译和链接Shader，最后清屏。本篇文章里的Shader没有起任何作用，只是证明我们的代码可以工作。在下一篇文章中，我会用Shader在画布上画一个点。