Программирование шейдеров на HLSL. (2 стр)

Обзор HLSL

Tired of writing shaders in assembly language?
Try the high–level shader language!
SDK help (с)

Один из наиболее серьёзных компонентов в DirectX, предоставляющий программирование шейдеров, является язык высокого уровня HLSL (High Level Shading Language), разработанный Microsoft.

Зачем нужен HLSL? Область применения языка программирования графики высокого уровня весьма широка. Такой язык облегчает разработку графических эффектов и создание впечатляющих графических приложений. Кроме того, использование HLSL повышает читаемость кода шейдера и снижает время разработки тяжелого алгоритма. Приведем пример фрагментного шейдера на asm–языке:

ps_2_0
def c0, 1, 1, 0.5, 0.5
mov r0, c0
mov oC0, r0

и тоже самое на HLSL:

float4 main(): COLOR0
{
   return float4(1.0,1.0,0.5,0.5);
}

Можно сделать вывод, что HLSL очень удобен и понятен.

Описание языка HLSL

Типы данных

HLSL поддерживает разнообразные типы данных: от простых скаляров до комплексных типов — векторов и матриц.

Скалярные типы:

Не все графические процессоры в настоящее время поддерживают определенные типы данных (кроме float, конечно же). Например, целые числа могут эмулироваться через тип float.

Векторные типы:

vector <type, size>

Можно объявлять еще так:

typeN

float4  Vector;

или тоже самое можно объявить так:

float  Vector[4];

или

vector <float, 4> Vector;

Матрицы:

Подобно скалярам и векторам, матрицы могут иметь все скалярные типы.

typeMxN

matrix<type, M,N>

Можно контролировать ориентацию:

#pragma pack_matrix (row_major);

Доступ к элементам и строкам матрицы:

mat._m00, mat._11, mat [0][0]


mat._m00_m01_m02_m03, mat [0]

Переменные:

Переменная может быть объявлена как static или extern. Любая нестатическая переменная (записывается с приставкой extern или без приставки), которая объявлена за шейдером, может быть изменена через API. Статическая переменная используется только шейдером и не управляется API. 

Например:

extern float a;
const  float b;
static float c;
float d;

Переменные a и d должны выставляться через API-функцию Set*ShaderConstant*() и их может изменять шейдер. Переменная b тоже задается через Set*ShaderConstant*(), но шейдер не может изменить ее значение. И переменная c не задается через API, но может быть изменена в шейдере.

Инициализация переменных выполняется также как и на языке C.

Например:

float2x2 mat = {1.0f, 0.0f, // ряд 1
                1.0f, 2.0f}; // ряд 2
float4 pos = {1.0f, 0.5f, 12.0f, 1.0f};
float f = 0.01f;

Структуры:

HLSL поддерживает структуры. Например:

struct VS_OUTPUT
{
  float4 Pos;
  float3 View;
};

Структуры могут быть приведены к/из скалярных величин, векторов, матриц и других структур.

Операторы

Существуют операторы для следующих операций:

Оператор извлечения остатка деления (%) работает как с целыми числами, так и с числами с плавающей точкой.

Сравнение векторов производится покомпонентно.

Ветвление

if (expr) then statement [else statement]

Циклы

do statement while (expr);
while (expr) statement;
for (expr1;expr2;expr3) statement

Функции

Похоже на функции в C, за исключением того, что не поддерживается рекурсия. Параметры функции могут быть семантически связаны с данными.

Некоторые математические инструкции, которые можно применять в HLSL:

Использование текстур во фрагментном шейдере.

Если вы хотите использовать текстуры во фрагментном шейдере, то необходимо объявить extern переменную типа sampler. Фактически sampler определяет текстуру, с которой можно читать текущие значение цвета во фрагментном шейдере. Ниже описаны функции, которые возвращают цвет текстуры, исходя из заданных параметров:

t – текстурные координаты. ddx, ddy – производные.

Есть полезное свойство констант в HLSL это связывание с регистрами констант, например:

sampler tex : register (s0);

Определяет текстуру в 0 stage. А в API это задается так:

RenderDevice->SetTexture(0,texture0);

Входные и исходящие параметры вершинного и фрагментного шейдеров.

Вершинные и фрагментные шейдера имеют два типа входящих данных: varying и uniform.

Uniform — данные, которые постоянны для многократного использования в шейдере. Объявление uniform данных в HLSL можно сделать двумя способами:

1)Объявить данные как extern переменную. Например:

float f;

float4 main () : COLOR
{
  return f;
}

2)Объявить данные через определитель uniform. Например:

float4 main (uniform float4 f) : COLOR
{
  return f;
}

Uniform переменные задаются через таблицу констант. Таблица констант содержит все регистры, которые постоянно используются в шейдере.

Varying — данные, которые являются уникальными для каждого вызова шейдера. Например: позиция, нормаль и т.д. В вершинном шейдере такая семантика описывает varying данные, которые передаются из вершинного буфера, а во фрагментом шейдере — интерполированные данные, полученные из вершинного шейдера. Основные входящие семантические типы:

Использование varying данных во фрагментном шейдере определяет состояние одного фрагмента. Основные входящие семантические типы:

n – определяет номер семантического типа. Например: TEXCOORD1, NORMAL0.

Исходящие данные шейдера определяют способ линковки с входящими данными следующего этапа графического конвейера. Например, исходящая семантика для вершинного шейдера связывает исходящие данные с интерполянтами в растеризаторе, который генерирует входящие данные для фрагментного шейдера.

Исходящие данные для вершинного шейдера:

Исходящие данные для фрагментного шейдера:

Теперь, когда мы обсудили синтаксис языка и связывание с графическим конвейером входящих/исходящих данных шейдеров, напишем простой пример на HLSL.

#3D, #Direct3D, #DirectX, #HLSL, #шейдеры

1 июня 2004 (Обновление: 19 июня 2024)

Комментарии [151]