Co to jest język cieniowania OpenGL®?

Język cieniowania OpenGL® (GLSL) to język programowania komputerowego zaprojektowany specjalnie do manipulowania i sterowania trójwymiarową (3D) grafiką podczas procesu renderowania bezpośrednio w procesorze graficznym (GPU) karty graficznej przy użyciu bibliotek OpenGL®. W istocie, język cieniowania OpenGL® daje programistom bezpośredni dostęp do geometrii 3D i renderowania na najniższym możliwym poziomie, bez konieczności pisania procedur języka asemblera, które będą współpracować ze sprzętem GPU. Dzięki zastosowaniu języka cieniowania OpenGL® efekty, takie jak generowane proceduralnie tekstury i geometria, mogą być implementowane i optymalizowane bezpośrednio w GPU, przyspieszając proces renderowania. Pozwala również na efektywne wdrażanie bardziej złożonych funkcji, takich jak animacje lub efekty specjalne, bez narzutu kodu wyższego poziomu. Język cieniowania jest kompilowany przez procesor graficzny do kodu wykonywalnego, co oznacza, że ​​można zaprojektować określone implementacje i kompilatory dla poszczególnych kart graficznych, zwiększając wzrost wydajności wynikający z używania różnych modułów cieniowania.

Ze względów praktycznych język cieniowania OpenGL® jest w pełni zaimplementowanym językiem programowania, który naśladuje składnię języka programowania C pod niemal wszystkimi względami, z wyjątkiem zmiennych typu wskaźnikowego i niektórych dyrektyw preprocesora. Obsługiwane są funkcje zdefiniowane przez użytkownika, zmienne oraz instrukcje logicznego rozgałęziania i zapętlania, co pozwala na pisanie w pełni zrealizowanych programów przy użyciu tylko języka shaderów i zapewnia poziom abstrakcji, który można przenosić w różnych systemach operacyjnych i konfiguracjach sprzętowych. Po zakończeniu programu cieniującego jest on przekazywany do GPU, gdzie jest kompilowany i wykonywany zgodnie z potrzebami podczas procesu renderowania.

Program napisany w języku cieniowania OpenGL® jest ostatecznie przekazywany do GPU, gdzie może zostać skompilowany przez sprzęt lub sterowniki producenta karty graficznej. Oznacza to, że niektóre instrukcje używane w języku mogą mieć swój skompilowany kod bajtowy zoptymalizowany pod kątem wydajnej pracy z określonymi funkcjami sprzętowymi określonej karty graficznej. Zwiększa to szybkość wykonywania i może rozszerzyć podstawową funkcjonalność o specjalne opcje renderowania i efekty, które mogą być unikalne dla pojedynczej karty graficznej.

Istnieją trzy typy shaderów, do których pisania można używać języka cieniowania OpenGL®. Pierwszy z nich to Vertex Shader i jest przeznaczony do wykonywania złożonych operacji na poszczególnych wierzchołkach, takich jak translacja, skalowanie lub teksturowanie punktu w przestrzeni. Drugi to Geometry Shader i może być używany do dodawania, usuwania lub innego manipulowania wielokątami, zanim zostaną one ostatecznie zrasteryzowane. Shadery fragmentów, zwane również shaderami pikseli, mogą być napisane w celu wykonywania operacji na punktach w scenie 3D, ponieważ są one przekształcane na płaski, dwuwymiarowy (2D) obraz do wyświetlenia na ekranie, na przykład efekty świetlne lub zniekształcenia.