前言

该篇文章是继camera2 的基础上 添加的 Opengles，实现滤镜或者黑白灰等效果，由于Opengles 需要设置 GLSL 语言的 shader，这里单独加一张 GLSL 的学习笔记。阅读时间20分钟+

参考文章 湖广午王 CSDN
参考文章

1. 关于GLSL

着色器是用来实现图像渲染的，用来替代固定渲染管线的可编程程序。着色器替代了传统的固定渲染管线，可以实现3D图形学计算中的相关计算，由于其可编程性，可以实现各种各样的图像效果而不用受显卡的固定渲染管线限制。这极大的提高了图像的画质。

在Opengloes 中着色器分为顶点着色器和片元着色器，我们可以理解为：顶点着色器是针对每个顶点执行一次，用于确定顶点的位置；片元着色器是针对每个片元（可以理解为每个像素）执行一次，用于确认渲染每个片元（像素）的颜色。

2. GLSL 简要说明

OpenGLES的着色器语言GLSL是一种高级的图形化编程语言，其源自应用广泛的C语言。与传统的C语言不同的是，它提供了更加丰富的针对于图像处理的原生类型，诸如向量、矩阵之类。OpenGLES 主要包含以下特性：

1.GLSL是一种面向过程的语言，和Java的面向对象是不同的。
2.它完美的支持向量和矩阵操作。
3.它是通过限定符操作来管理输入输出类型的。
4.GLSL提供了大量的内置函数来提供丰富的扩展功能。

3.1 基本类型

代码举例 ：

float a=1.0;
int b=1;
bool c=true;
vec2 d=vec2(1.0,2.0);
vec3 e=vec3(1.0,2.0,3.0)
vec4 f=vec4(vec3,1.0);
vec4 g=vec4(0.2); //相当于vec(0.2,0.2,0.2,0.2)

mat2 i=mat2(0.1,0.5,1.2,2.4);
mat2 j=mat2(0.8); //相当于mat2(0.8,0.8,0.8,0.8)

3.2 运算符

GLSL语言的操作符与Java 语言相似。如下表（操作符的优先级从高到低排列）

3.3 结构体

结构体可以组合基本类型和数组来形成用户自定义的类型。在定义一个结构体的同时，你可以定义一个结构体实例。或者后面再定义。

struct surface {float indexOfRefraction;
vec3 color;float turbulence;
} mySurface;

surface secondeSurface;

可以通过=为结构体赋值，或者使用 ==，!=来判断两个结构体是否相等

只有结构体中的每个成分都相等，那么这两个结构体才是相等的。访问结构体的内部成员使用. 来访问（和 java 相同）。

结构体至少包含一个成员。固定大小的数组也可以被包含在结构体中。GLSL的结构体不支持嵌套定义。只有预先声明的结构体可以嵌套其中。

struct myStruct {

  vec3 points[3]; //固定大小的数组是合法的
  surface surf;  //可以，之前已经定义了
  
  struct velocity {  //不合法float speed;
    vec3 direction;
  } velo;

  subSurface sub; 
  //不合法，没有预先声明；
  struct subSurface { 
   int id;
  };
};

3.4 数组

GLSL中只可以使用一维的数组。数组的类型可以是一切基本类型或者结构体。下面的几种数组声明是合法的：

surface mySurfaces[];
vec4 lightPositions[8];
vec4 lightPos[] = lightPositions;const int numSurfaces = 5;
surface myFiveSurfaces[numSurfaces];float[5] values;

指定显示大小的数组可以作为函数的参数或者使返回值,也可以作为结构体的成员.数组类型内建了一个length()函数，可以返回数组的长度。

vec4 myColor, ambient, diffuse[6], specular[6];

myColor = ambient + diffuse[4] + specular[4];

3.5 修饰符

3.6 内置变量

内置变量可以与固定函数功能进行交互。在使用前不需要声明。顶点着色器可用的内置变量如下表：

片段着色器 的内置变量如下表：

3.7 构造函数

构造函数可以用于初始化包含多个成员的变量，包括数组和结构体。构造函数也可以用在表达式中。调用方式如下：

vec3 myNormal = vec3(1.0, 1.0, 1.0);
greenTint = myColor + vec3(0.0, 1.0, 0.0);
ivec4 myColor = ivec4(255);

还可以使用混合标量和向量的方式来构造，只要你的元素足以填满该向量。

vec4 color = vec4(1.0, vec2(0.0, 1.0), 1.0);
vec3 v = vec3(1.0, 10.0, 1.0);
vec3 v1 = vec3(v);
vec2 fv = vec2(5.0, 6.0);

对于矩阵，OpenGL中矩阵是列主顺序的。如果只传了一个值，则会构造成对角矩阵，其余的元素为0.

mat3 m3 = mat3(1.0);

构造出来的矩阵式：

1.0 0.0 0.0

0.0 1.0 0.0

0.0 0.0 1.0

mat2 matrix1 = mat2(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);

mat2 matrix2 = mat2(vec2(1.0, 0.0), vec2(0.0, 1.0));

mat2 matrix3 = mat2(1.0); 

mat2 matrix4 = mat2(mat4(2.0)); //会取 4x4矩阵左上角的2x2矩阵。

构造函数可以用于标量数据类型的转换。GLSL不支持隐式或显示的转换，只能通过构造函数来转。其中int转为float值是一样的。float转为int则小数部分被丢弃。int或float转为bool，0和0.0转为false，其余的值转为true. bool转为int或float，false值转为0和0.0，true转为1和1.0.

float f = 1.7;

int I = int(f); // I = 1

数组的初始化，可以在构造函数中传入值来初始化数组中对应的每一个值。

ivec2 position[3] = ivec2[3]((0,0), (1,1), (2,2));

ivec2 pos2[3] = ivec2[]((3,3), (2,1), (3,1));

构造函数也可以对结构体进行初始化。其中顺序和类型要一一对应。

struct surface {  
  int  index;
  vec3 color;  
  float rotate;
};

surface mySurface = surface(3, vec3(red, green, blue), 0.5);

3.8 控制流

GLSL中的流程控制与 java 中基本相同，主要有：

1. if(){}、if(){}else{}、if(){}else if(){}else{}
2. while(){}和do{}while()
3. for(;;){}
4. break和continue

3.9 函数

在每个shader中必须有一个main函数。main函数中的void参数是可选的，但返回值是void时必须的。

GLSL中的函数，必须是在全局范围定义和声明的。不能在函数定义中声明或定义函数。函数必须有返回类型，参数是可选的。参数的修饰符(in, out, inout, const等）是可选的

void main(void)
{
 ...
}

3.9.1 常见函数

1. radians(x)：角度转弧度
2. degrees(x)：弧度转角度
3. sin(x)：正弦函数，传入值为弧度。相同的还有cos余弦函数、tan正切函数、asin反正弦、acos反余弦、atan反正切
4. pow(x,y)：xyxy
5. exp(x)：exex
6. exp2(x)：2x2x
7. log(x)：logexlogex
8. log2(x)：log2xlog2x
9. sqrt(x)：x−−√x
10. inversesqr(x)：1x−−√1x
11. abs(x)：取x的绝对值
12. sign(x)：x>0返回1.0，x<0返回-1.0，否则返回0.0
13. ceil(x)：返回大于或者等于x的整数
14. floor(x)：返回小于或者等于x的整数
15. fract(x)：返回x-floor(x)的值
16. mod(x,y)：取模（求余）
17. min(x,y)：获取xy中小的那个
18. max(x,y)：获取xy中大的那个
19. mix(x,y,a)：返回x∗(1−a)+y∗ax∗(1−a)+y∗a
20. step(x,a)：x< a返回0.0，否则返回1.0
21. smoothstep(x,y,a)：a < x返回0.0，a>y返回1.0，否则返回0.0-1.0之间平滑的Hermite插值。
22. dFdx(p)：p在x方向上的偏导数
23. dFdy(p)：p在y方向上的偏导数
24. fwidth(p)：p在x和y方向上的偏导数的绝对值之和

3.9.2 几何函数

1. length(x)：计算向量x的长度
2. distance(x,y)：返回向量xy之间的距离
3. dot(x,y)：返回向量xy的点积
4. cross(x,y)：返回向量xy的差积
5. normalize(x)：返回与x向量方向相同，长度为1的向量

3.9.3 矩阵函数

1. matrixCompMult(x,y)：将矩阵相乘
2. lessThan(x,y)：返回向量xy的各个分量执行x< y的结果，类似的有greaterThan,equal,notEqual
3. lessThanEqual(x,y)：返回向量xy的各个分量执行x<= y的结果，类似的有类似的有greaterThanEqual
4. any(bvec x)：x有一个元素为true，则为true
5. all(bvec x)：x所有元素为true，则返回true，否则返回false
6. not(bvec x)：x所有分量执行逻辑非运算

3.9.4 纹理采样函数

纹理采样函数有texture2D、texture2DProj、texture2DLod、texture2DProjLod、textureCube、textureCubeLod及texture3D、texture3DProj、texture3DLod、texture3DProjLod等。

1. texture表示纹理采样，2D表示对2D纹理采样，3D表示对3D纹理采样
2. Lod后缀，只适用于顶点着色器采样
3. Proj表示纹理坐标st会除以q

后记

该篇文章知识点 多为文章头部参考文章原文，这里比较多的是 记录和归纳。