Shader 編程原理

最近準備系統的整理和學習下shader編程 查了下網上的一些資料 說一下本身對shader工做原理的理解

簡單說來shader 就是能夠運行在gpu上可編程的圖形程序

shader 分爲頂點着色器和片斷着色器

關於頂點着色器和片斷着色器的含義

頂點着色器和片斷着色器被分離爲可編程的編程的單元

頂點和片斷着色器都擁有強大的並行計算能力，擅長於矩陣計算（不高於4階），片斷着色器能夠高速查詢紋理數據信息，目前頂點着色器還不行。

 

從圖中能夠知道GPU渲染管線

頂點着色器控制頂點座標轉換過程；片斷着色器控制像素顏色計算過程。簡單明瞭就是頂點着色器負責處理座標信息，片斷着色器負責處理像素顏色數據計算。vert和frag就是這樣分工的；前者的輸出是後者的輸入。

 

那麼這些着色器都是依賴圖形硬件的 因此圖形硬件的發展和shader 的發展密切相關

咱們再來看看圖形硬件編程的輸出和輸入

 可編程圖形硬件的輸入/輸出。輸入寄存器存放輸入的圖元信息；輸出寄存器存放處理後的圖元信息；紋理buffer存放紋理數據，目前大多數的可編程圖形硬件只支持片斷處理器處理紋理；從外部宿主程序輸入的常量放在常量寄存器中；臨時寄存器存放着色程序在執行過程當中產生的臨時數據。

咱們再來看看頂點着色器和片斷着色器的數據處理流程

Vertex shader program（頂點着色程序）和Fragment shader program（片段着色程序）分別被Programmable Vertex Processor（可編程頂點處理器）和 Programmable Fragment Processo（可編程片段處理器）所執行。

    頂點着色程序從GPU前端模塊（寄存器）中提取圖元信息（頂點位置、法向量、紋理座標等），並完成頂點座標空間轉換、法向量空間轉換、光照計算等操做，最後將計算好的數據傳送到指定寄存器中；而後片段着色程序從中獲取須要的數據，一般爲「紋理座標、光照信息等」，並根據這些信息以及從應用程序傳遞的紋理信息（若是有的話）進行每一個片段的顏色計算，最後將處理後的數據送光柵操做模塊。

 

 片段着色程序對每一個片段進行獨立的顏色計算，最後輸出顏色值的就是該片斷最終顯示的顏色。能夠這樣說，頂點着色程序主要進行幾何方面的運算，而片斷着色程序主要針對最終的顏色值進行計算。

片斷着色程序還有一個突出的特色是：擁有檢索紋理的能力。對於GPU而言，紋理等價於數組，這意味着，若是要作通用計算，例如數組排序、字符串檢索等，就必須使用到片斷着色程序。讓頂點着色器也擁有檢索紋理的能力，是目前的一個研究方向。