Programování shaderů GLSL

Transkript

1 Programování shaderů GLSL

2 Příklad vertex shader Tutor1-Flat Změna geometrie ve VS Nastavení z podle hodnoty získané z aplikace uniform App: loc=gl.glgetuniformlocation(sp,"ftime0_x"); gl.gluniform1f(loc,time); VS: uniform float ftime0_x;

3 VS uniform float ftime0_x; varying vec4 position; void main() { position= gl_vertex; float offset = ftime0_x *2.5; position.y= 0.2*sin(5.0*position.x+offset); Proměnná předávaná z aplikace čas aktuálního snímku gl_position= gl_modelviewprojectionmatrix*position; Přepočet geometrie FS varying vec4 position; void main() { gl_fragcolor = vec4(vec3(position.x,position.y,position.z),1.0); //gl_fragcolor = gl_color;

4 Příklad Tutor2-toon1 Tónování odstupňování odstínu podle N L= cos úhlu ve VS = interpolace barvy Transformace normály! gl_normalmatrix

5 VS varying float intensity; void main() { intensity = dot(vec3(0,0,1),gl_normal); //intensity = max(dot(normalize(gl_lightsource[0].position.xyz),gl_normalmatrix*gl_normal),0.0); gl_position= gl_modelviewprojectionmatrix*gl_vertex; Výpočet difuzní složky ve vrcholech FS varying float intensity; void main() { vec4 color; if (intensity>0.95) else if (intensity>0.8) else if (intensity>0.5) else if (intensity>0.25) else gl_fragcolor = color; Skokové obarvení color=vec4(1.0,0.5,0.5,1.0); color=vec4(0.6,0.3,0.3,1.0); color=vec4(0.0,0.0,0.3,1.0); color=vec4(0.4,0.2,0.2,1.0); color=vec4(0.2,0.1,0.1,1.0); //gl_fragcolor = vec4( intensity, intensity, intensity, intensity);

6 Příklad Tutor2-toon2 v FS = interpolace normály

7 VS varying vec3 normal; void main() { normal = gl_normal; //normal = gl_normalmatrix*gl_normal; gl_position= gl_modelviewprojectionmatrix*gl_vertex; FS varying vec3 normal; void main() { float intensity; Výpočet difuzní složky per pixel na základě interpolované normály intensity = dot(normalize(gl_lightsource[0].position.xyz),(normal)); //intensity = dot(normalize(gl_lightsource[0].position.xyz),normalize(normal)); vec4 color=vec4(normal.yzx,1); if (intensity>0.95) color=vec4(1.0,0.5,0.5,1.0); else if (intensity>0.5) color=vec4(0.6,0.3,0.3,1.0); else if (intensity>0.25) color=vec4(0.4,0.2,0.2,1.0); else color=vec4(0.8,0.1,0.1,1.0); gl_fragcolor = color;

8 Příklad Tutor2-toonFS v FS = interpolace normály Nutná normalizace!

9 Příklad na jiném tělese

10 Příklad Tutor3-light1 Difúzní osvětlení NdotL = max(dot(l,n),0) GL_ShadeModel FLAT_SHADE SMOOTH_SHADE

11 VS void main() { vec3 normal = gl_normalmatrix*gl_normal; Transformace normály Výpočet difuzní složky ve vrcholech float NdotL = max(dot(normalize(gl_lightsource[0].position.xyz),normalize(normal)),0); vec4 diffuse = gl_frontmaterial.diffuse*gl_lightsource[0].diffuse; gl_frontcolor=ndotl*diffuse; Nastavení standardní FrontColor gl_position= gl_modelviewprojectionmatrix*gl_vertex; FS void main() { gl_fragcolor = gl_color; Obarvení standardní barvou

12 Příklad Tutor3-light2 Blinn-Phong model osvětlení Ambientní Difúzní Zrcadlová Výpočet HalfVektoru!

13 VS uniform vec3 LightPosition; uniform vec3 EyePosition; varying vec3 ViewDirection; varying vec3 LightDirection; varying vec3 Normal; void main( void ) { vec4 ObjectPosition = gl_modelviewmatrix * gl_vertex; ViewDirection = EyePosition - ObjectPosition.xyz; LightDirection = LightPosition - ObjectPosition.xyz; Normal = gl_normalmatrix * gl_normal; gl_position= gl_modelviewprojectionmatrix*gl_vertex; Pohledový vektor Vektor osvětlení Transformace normály

14 FS uniform vec4 Ambient,Specular,Diffuse,BaseColor; uniform float SpecularPower; varying vec3 ViewDirection,LightDirection,Normal; void main( void ) {vec3 LightDirection = normalize( LightDirection ); vec3 Normal = normalize( Normal ); float NDotL = dot( Normal, LightDirection ); Difuzní složka vec3 Reflection = normalize( ( ( 2.0 * Normal ) * NDotL )-LightDirection ); vec3 ViewDirection = normalize( ViewDirection ); Specularní složka float RDotV = max( 0.0, dot( Reflection, ViewDirection ) ); vec3 HalfVector = normalize( LightDirection + ViewDirection); float NDotH = max( 0.0, dot( Normal, HalfVector ) ); vec4 TotalAmbient vec4 TotalDiffuse = Ambient * BaseColor; = Diffuse * NDotL * BaseColor; Specularní složka z HalfVectoru vec4 TotalSpecular = Specular * ( pow( NDotH, SpecularPower*4.0 ) ); // TotalSpecular = Specular * ( pow( RDotV, SpecularPower ) ); gl_fragcolor = ( TotalAmbient + TotalDiffuse + TotalSpecular );

15 Příklad - útlum Tutor3-light3 Blinn-Phong model osvětlení Útlum světla od zdroje Koeficient útlumu Konstantní Lineární Kvadratický 1 f k k d k d c l q Výpočet vzdálenosti 2

16 VS uniform vec3 LightPosition; uniform vec3 EyePosition; varying vec3 ViewDirection; varying vec3 LightDirection; varying vec3 Normal; varying float dist; void main( void ) { vec4 ObjectPosition = gl_modelviewmatrix * gl_vertex; ViewDirection = EyePosition - ObjectPosition.xyz; LightDirection = LightPosition - ObjectPosition.xyz; Normal = gl_normalmatrix * gl_normal; dist=length(viewdirection); gl_position= gl_modelviewprojectionmatrix*gl_vertex; Výpočet vzdálenosti od pozorovatele

17 FS uniform vec4 Ambient,Specular,Diffuse,BaseColor; uniform float SpecularPower; varying vec3 ViewDirection,LightDirection,Normal; uniform float constantattenuation, linearattenuation, quadraticattenuation; varying float dist; void main( void ) { vec3 LightDirection = normalize( LightDirection ); vec3 Normal = normalize( Normal ); float NDotL = dot( Normal, LightDirection ); vec3 ViewDirection = normalize( ViewDirection ); vec3 HalfVector = normalize( LightDirection + ViewDirection); float NDotH = max( 0.0, dot( Normal, HalfVector ) ); float att=1.0/(constantattenuation+ Výpočet útlumu od zdroje světla linearattenuation*dist+ quadraticattenuation*dist*dist); vec4 TotalAmbient = Ambient * BaseColor; vec4 TotalDiffuse = Diffuse * NDotL * BaseColor; vec4 TotalSpecular = Specular * ( pow( NDotH, SpecularPower*4.0 ) ); gl_fragcolor = att*( TotalAmbient + TotalDiffuse + TotalSpecular );

18 Příklad reflektor Tutor3-light4 Blinn-Phong model osvětlení Spot light Úhel Směr

19 FS uniform vec4 Ambient,Specular,Diffuse,BaseColor; uniform float SpecularPower; varying vec3 ViewDirection,LightDirection,Normal; uniform float constantattenuation, linearattenuation, quadraticattenuation; varying float dist; uniform float spotcutoff; uniform vec3 spotdirection; void main( void ) {vec3 LightDirection = normalize( LightDirection ); vec3 Normal = normalize( Normal ); float NDotL = dot( Normal, LightDirection ); float spoteffect = dot(normalize(spotdirection),normalize(-lightdirection)); if (spoteffect>spotcutoff) { gl_fragcolor = att*( TotalAmbient + TotalDiffuse + TotalSpecular ); else gl_fragcolor = vec4(1.0,0.0,0.0,0.0); Osvětlení typu reflektor Výpočet osvětlení Mimo kužel světla Výpočet kuželu

20 Příklad - textura Tutor4-tex1 Mapování textury vec4 color=texture2d(te,gl_texcoord[0].st);

21 VS void main( void ) { gl_texcoord[0]=gl_multitexcoord0; //gl_texcoord[0].x=gl_multitexcoord0.x*4; gl_position=ftransform(); Přiřazení souřadnice do textury vrcholu Transformace souřadnic textury Transformace souřadnic vrcholu FS uniform sampler2d Texture0; uniform float ftime0_x; void main( void ) { vec4 color; vec2 st=gl_texcoord[0].st; //st.s=sqrt(st.s)*4.0; //st.t=st.t+cos(st.s*10)/10; //st.t= 0.2*sin(5.0*st.t+fTime0_X *2.5); color=texture2d(texture0,st); //gl_fragcolor.rgb=color.brr; gl_fragcolor.rgb=color.rgb; Odkaz na texturu (sampler) Souřadnice do textury Samplování vzorku (barvy) Obarvení pixelu

22 Příklad - textura Tutor4-tex2 Multitexturing a osvětlení +

23 VS FS uniform sampler2d Texture0; uniform sampler2d Texture1; void main( void ) { vec3 ct,cf; vec4 texel; Odkaz na texturu (sampler) cf=( TotalAmbient + TotalDiffuse + TotalSpecular).rgb; texel=texture2d(texture0,gl_texcoord[0].st); //texel=texture2d(texture1,texel.xy); Samplování vzorku (barvy) Transformace texturou //texel=texture2d(texture0,gl_texcoord[0].st) +texture2d(texture1,gl_texcoord[0].st); Samplování vzorku (barvy) ct=texel.rgb; gl_fragcolor=vec4(cf*ct,0); Složení textury a osvětlení Obarvení pixelu

24 Příklad Geometry shader Generování dalších vrcholů aproximační křivky - Bézier Bod na křivce P t t P 0 0;1 t 3 3P t t 3P t 1 t P 1 t 2 Zvyšování dělení intervalu 1, 2, 3, 3 3

25 VS GS #version 330 layout(lines_adjacency) in; layout(line_strip, max_vertices = 104) out; uniform int times; in vec3 vcolor[]; out vec3 fcolor; vec3 p[4]; void main() { //počet deleni //vstupní a vystupni barva //ridici body p[0]=gl_in[0].gl_position.xyz*0.5+gl_in[1].gl_position.xyz*0.5; p[1]=gl_in[1].gl_position.xyz; p[2]=gl_in[2].gl_position.xyz; p[3]=gl_in[2].gl_position.xyz*0.5+gl_in[3].gl_position.xyz*0.5; fcolor = vcolor[0]; for(int i=0; i<=times; i++) { float t=1-i*1.0/times; gl_position = vec4(p[0]*t*t*t + p[1]*t*(1-t)*3*t + p[2]*3*t*(1-t)*(1-t) + p[3]*(1-t)*(1-t)*(1-t),1); FS EmitVertex(); EndPrimitive(); Vstupem je linie a sousední body Výstupem line_strip Generování bodů Parametr řídící proměnná Ukončení geometrie

26 Ladění Obtížné nelze jednoduše trasovat ani vypisovat Výpis stavu compilace VS a FS glgetobjectparameterivarb glgetinfologarb Od verze 2.0 glgetshaderinfolog Výpis stavu compilace VS nebo FS glgetprograminfolog Výpis stavu linkování VS a FS do shader programu

27 Ladění Použití standardní výstupů VS: gl_position+=1.0; FS: gl_fragcolor.rgb=normal; Používat jednoduchou geometrii trojúhelník, quad Jednoduché (jednotkové) matice gl_viewmatrix, gl_projectionmatrix

28 Ladění - nástroje Shader Designer Shader Gen Render Monkey gdebugger GLIntercept, imdebug

29 Další nástroje

30 Shader Gen

31 Render Monkey

32 gdebugger

33 Kick WWW IDE

34 Shader Toy WWW IDE