OpenGL - Teil 4- Shader in OpenGL -

Bernhard Bittorf und Andy Reimann

OpenGL - Was sind Shaderkleine Programme die auf der GPU laufenkoumlnnen auf verschiedenen Ebenen (Stages) laufen

verarbeiten Vertexdaten oder Pixeldatenproduzieren Vertexdaten oder Pixeldaten

machen die Fixed-Functionality-Pipeline (FFP) zu einer Programable Pipeline (PP)Wir entscheiden wie Pixeldaten und Vertexdaten auszusehen haben nicht mehr OpenGL

OpenGL 2x - Die Pipeline

OpenGL 2x - Die Pipeline

OpenGL 2x - Die Pipeline

Outputfinale Vertexposition im Clipspace (Fensterkoordinaten)

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

OpenGL 2x - Die Pipeline

Outputfinale Vertexfarbe

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

OpenGL 3x - Die Pipeline

OpenGL 3x - Die Pipeline

OpenGL 3x - Die Pipeline

OpenGL 3x - Die Pipeline

OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

OpenGL 3x - Die Pipeline

LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

OpenGL 4x - Die Pipeline

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OpenGL 4x - Die Pipeline

OpenGL 4x - Die Pipeline

OpenGL 4x - Die Pipeline

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OpenGL 4x - Die Pipeline

Informationenwird fuumlr jedes Vertex durchlaufenEinziger (neuer) Primitivdrawmode ist GL_PATCHberechnet LOD pro Patch

OpenGL 4x - Die Pipeline

Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

OpenGL 4x - Die Pipeline

Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

OpenGL - GLSL - Was ist das dennThe OpenGL Shading Language erste Herstellerunabhaumlngige Shader Spracheeingefuumlhrt in OpenGL 20 (September 2004)an C angelehnterweitert um viele build-in Variablen und Datentypen wie vec2 vec3 vec4 mat4 sampler auf GPU Berechnungen hochoptimiert

OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

OpenGL - GLSL - uniforms attributes and varyingsuniform float my_uniform_varattribute vec3 my_attribute_varvarying mat4 my_varying_varvoid main()

uniforms und attributes koumlnnen vom C++ Program gesetzt werdenalle sind in allen Shader-Stages aus verwendbaruniforms sind sogenannte Per-Shader Variablenattributes sind sogenannte Per-Vertex Variablenvaryings sind Shader interne Variablen (werden im Vertexshader gesetzt und im Fragmentshader verwendet)

OpenGL - GLSL - varyings

OpenGL - GLSL - varyings

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OpenGL - Einen Shader ladenLighthouse 3D bietet ein vollstaumlndiges Tutorial zum Laden und Testen eines Shaders mit Kompilierfehleranzeige (auf GPU Ebene nicht ganz einfach) Lighthouse 3D GLSL Shader Tutorial

OpenGL - Was sind Shaderkleine Programme die auf der GPU laufenkoumlnnen auf verschiedenen Ebenen (Stages) laufen

verarbeiten Vertexdaten oder Pixeldatenproduzieren Vertexdaten oder Pixeldaten

machen die Fixed-Functionality-Pipeline (FFP) zu einer Programable Pipeline (PP)Wir entscheiden wie Pixeldaten und Vertexdaten auszusehen haben nicht mehr OpenGL

OpenGL 2x - Die Pipeline

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Outputfinale Vertexposition im Clipspace (Fensterkoordinaten)

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

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Outputfinale Vertexfarbe

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

OpenGL 4x - Die Pipeline

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Informationenwird fuumlr jedes Vertex durchlaufenEinziger (neuer) Primitivdrawmode ist GL_PATCHberechnet LOD pro Patch

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

OpenGL - GLSL - Was ist das dennThe OpenGL Shading Language erste Herstellerunabhaumlngige Shader Spracheeingefuumlhrt in OpenGL 20 (September 2004)an C angelehnterweitert um viele build-in Variablen und Datentypen wie vec2 vec3 vec4 mat4 sampler auf GPU Berechnungen hochoptimiert

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OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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uniforms und attributes koumlnnen vom C++ Program gesetzt werdenalle sind in allen Shader-Stages aus verwendbaruniforms sind sogenannte Per-Shader Variablenattributes sind sogenannte Per-Vertex Variablenvaryings sind Shader interne Variablen (werden im Vertexshader gesetzt und im Fragmentshader verwendet)

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OpenGL - Einen Shader ladenLighthouse 3D bietet ein vollstaumlndiges Tutorial zum Laden und Testen eines Shaders mit Kompilierfehleranzeige (auf GPU Ebene nicht ganz einfach) Lighthouse 3D GLSL Shader Tutorial

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Outputfinale Vertexposition im Clipspace (Fensterkoordinaten)

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

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Outputfinale Vertexfarbe

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

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Informationenwird fuumlr jedes Vertex durchlaufenEinziger (neuer) Primitivdrawmode ist GL_PATCHberechnet LOD pro Patch

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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Outputfinale Vertexposition im Clipspace (Fensterkoordinaten)

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Outputfinale Vertexfarbe

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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OpenGL - Einen Shader ladenLighthouse 3D bietet ein vollstaumlndiges Tutorial zum Laden und Testen eines Shaders mit Kompilierfehleranzeige (auf GPU Ebene nicht ganz einfach) Lighthouse 3D GLSL Shader Tutorial

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Outputfinale Vertexposition im Clipspace (Fensterkoordinaten)

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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Outputfinale Vertexfarbe

InputFarbe Texkoords Normale Vertexposition Texturen Matrizen

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

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Informationenwird fuumlr jedes Vertex durchlaufenEinziger (neuer) Primitivdrawmode ist GL_PATCHberechnet LOD pro Patch

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

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Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

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OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

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uniforms und attributes koumlnnen vom C++ Program gesetzt werdenalle sind in allen Shader-Stages aus verwendbaruniforms sind sogenannte Per-Shader Variablenattributes sind sogenannte Per-Vertex Variablenvaryings sind Shader interne Variablen (werden im Vertexshader gesetzt und im Fragmentshader verwendet)

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OutputDuplizierte Primitive mit selbst bestimmten Positionen Farben TexCoords

InputPositionen Farben TexCoords eines Primitivs (Triangle Line Point) aus Vertex Shader Stage

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LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

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Informationenwird fuumlr jedes Vertex durchlaufenEinziger (neuer) Primitivdrawmode ist GL_PATCHberechnet LOD pro Patch

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Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

OpenGL 4x - Die Pipeline

Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

OpenGL - GLSL - Was ist das dennThe OpenGL Shading Language erste Herstellerunabhaumlngige Shader Spracheeingefuumlhrt in OpenGL 20 (September 2004)an C angelehnterweitert um viele build-in Variablen und Datentypen wie vec2 vec3 vec4 mat4 sampler auf GPU Berechnungen hochoptimiert

OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

OpenGL - GLSL - Ein erstes BeispielEinfachster Vertexshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_Position = gl_Vertex gl_ModelViewProjectionMatrix gl_Position ist die von GLSL-Vertexshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

Einfachster Fragmentshader vordefinierter Einsprungspunkt ist immer main()void main() Transformieren des einkommenden gl_Vertex gl_FragColor = gl_Color gl_FragColor ist die von GLSL-Fragmentshadern vordefinierte Variable die immer beschrieben werden muss

OpenGL - GLSL - uniforms attributes and varyingsuniform float my_uniform_varattribute vec3 my_attribute_varvarying mat4 my_varying_varvoid main()

uniforms und attributes koumlnnen vom C++ Program gesetzt werdenalle sind in allen Shader-Stages aus verwendbaruniforms sind sogenannte Per-Shader Variablenattributes sind sogenannte Per-Vertex Variablenvaryings sind Shader interne Variablen (werden im Vertexshader gesetzt und im Fragmentshader verwendet)

OpenGL - GLSL - varyings

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OpenGL - Einen Shader ladenLighthouse 3D bietet ein vollstaumlndiges Tutorial zum Laden und Testen eines Shaders mit Kompilierfehleranzeige (auf GPU Ebene nicht ganz einfach) Lighthouse 3D GLSL Shader Tutorial

OpenGL 3x - Die Pipeline

LimitationenVordefinierte Anzahl an zu erzeugenden PrimitivenSpeicherverbrauch auch wenn Primitive nicht erzeugt werdennur fuumlr kleine Nachbesserungen an Vertexdaten nicht fuumlr High-Change-Algorithmen

OpenGL 4x - Die Pipeline

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Informationenwird fuumlr jedes Vertex durchlaufenEinziger (neuer) Primitivdrawmode ist GL_PATCHberechnet LOD pro Patch

OpenGL 4x - Die Pipeline

Informationenneue fixed function stageder eigentliche Tesseliererverwendet Tesselierungslevel um einen Patch in eine Menge von neuen Primitiven zu zerlegenJedem Vertex wird eine [u v] oder eine [u v w] Koordinate zugewiesen

OpenGL 4x - Die Pipeline

Informationenberechnet Position fuumlr jedes Vertex erzeugt in dem Tesselation Control ShaderKontrolliert das Tesselierungs-Patternkann Orientierung (cw oder ccw) entscheidenkann Primitivmode entscheiden (Points Lines Triangles)

OpenGL - GLSL - Was ist das dennThe OpenGL Shading Language erste Herstellerunabhaumlngige Shader Spracheeingefuumlhrt in OpenGL 20 (September 2004)an C angelehnterweitert um viele build-in Variablen und Datentypen wie vec2 vec3 vec4 mat4 sampler auf GPU Berechnungen hochoptimiert

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OpenGL - Einen Shader ladenLighthouse 3D bietet ein vollstaumlndiges Tutorial zum Laden und Testen eines Shaders mit Kompilierfehleranzeige (auf GPU Ebene nicht ganz einfach) Lighthouse 3D GLSL Shader Tutorial

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OpenGL - Die neue AufgabeImplementieren Sie mindestens 3 Shader aus der folgenden Liste

Farbshader (zB Sepia)ToonshadingBlinn-PhongMinnaert-ShadingPartikelShadow MappingBump MappingBlur oder Radial BlurFogPulsating Objects Flags WavesHDRBloom Shader

OpenGL - Sepia Shader

OpenGL - Toon Shader

OpenGL - Blinn-Phong Shader

OpenGL - Minnaert Shader

OpenGL - Partikel

OpenGL - Shadow Mapping (Hier mit GLSL)

OpenGL - Bump (Normal-) Mapping

OpenGL - (Radial-)Blur Shader

OpenGL - Fog Shader

OpenGL - Wave Shader

OpenGL - HDR Shader (disabled)

OpenGL - HDR Shader (enabled)

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Geometry ShadersGeometry Shader Tutorial - Hello WorldEin weiteres gutes Geometry Shader Tutorial

Tesselation ShadersTriangle Tesselation with OpenGL 40+Terrain Tesselation with OpenGL 40+

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