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GLSLについて †

OpenGL, OpenGLES, WebGLなどに採用されているシェーダー言語。Vertex Shader, Fragment Shaderなど複数のシェーダーをパイプラインを通じて実行させ、最終出力を得る。OpenGLES側等で、glCreateShaderでシェーダー登録用の番号（シェーダーID）を作成し、その番号と実際のシェーダーソーステキストを glShaderSourceで指定することで、OpenGLESに読み込まれ、glCompileShaderを使って、内部の実行可能なコードを作っておくことで、いつでもこの、シェーダーIDを使ってシェーダーの利用設定ができる。通常はアプリの初期処理ですべて読み込んでおく場合が多いだろう。

このシェーダー登録の上限はメモリの許す限りであり、ゲームなどのシェーダーを多用するアプリでは、2,000個近くのシェーダーが登録されることもある。

その後、各種シェーダーの組み合わせをプログラムIDという名前で登録して、そのプログラムを利用という指定方法になる。glCreateProgramによって、プログラムIDを作成し、glAttachShaderで、そのプログラムIDと利用するシェーダーIDを登録する。この関数は登録するシェーダー数だけ実行される（Vertex とFragmentだけなら2回）。その後、glLinkProgramで各種シェーダープログラムが接続されこのプログラムIDが動作できる。（通常ここでも内部でコンパイルされるので、コンパイルエラーを吐く、エラーの取得方法は別ページを参照の事）またこのプログラム作成も上限はメモリの許す限りであるため、初期処理など最初に作成しておくのが良いだろう。（コンパイルには多少のオーバーヘッドが予想されるため）

実際に利用する場合には、このプログラムIDを利用する為 glUseProgram という関数を利用することで、この登録されたプログラムIDが描画の段階で動作する。通常は１つのオブジェクトに１つのプログラムという使い方も少なくなく。その場合にはこのプログラムIDをオブジェクト描画ごとに切り替えることになる。

基本的なシェーダーのコンパイル手順 †

シェーダーのコンパイルは、プログラム実行時にコンパイルされるため、ソース中でソースを指定してコンパイルを行うように指示をする。

エラーなどの判定 †

基本的なシェーダーの設定 †

OpenGL ESとGLSL ESのバージョン対応表 †

コーディングの基本 †

シェーダーコードは基本的にC言語と同じ記述方法で記載する。よって基本は main 関数にそのコードを記載する形となり、通常はグローバル変数や、シェーダー変数などは main より前に記述されることが多い。独自関数や引数、戻り値などの基本仕様はすべてC言語と同じとなる。

シェーダーバージョンの指定 †

GLSL ESのバージョンを指定するには、下記の行をシェーダーソースの先頭に記入する。

Extension利用時 †

extension指定されている機能を利用したい場合には、#extension を利用できる。

＜例＞

#extension GL_ARB_explicit_attrib_location : enable

C言語との違いについて †

概ねC言語の記述通りではあるが、GLSLシェーダー独特の修飾子が存在する。

各シェーダーのビルトイン変数の詳細 †

これらビルトイン変数は原則、3.0の仕様となる。gl_FragColor、gl_Color、gl_SecondaryColor、gl_Normal、gl_Vertex、gl_MultiTexCoord、gl_FogCoord、attribute、varying、gl_FragColor, shadow?D, texture?Dなど、多くのビルトイン関数が削除された。

VertexShader †

FragmentShader †

精度修飾子について †

上記のようにC言語とは精度表現が違う。精度修飾子は当然ながら１つの変数に１つだけつけることが出来る。

vertex Shaderコードは、lowp、mediump、そしてhighpのいずれを使用してコンパイルとリンクを行っても、エラー無しである必要があり、また Fragment Shaderコードは、lowpとmediumpを使用してコンパイルしてもエラー無しである必要がある

精度修飾子の初期値設定 †

precision特別修飾子を利用することで、精度修飾子の初期値を設定できる。

例：precision highp float 

これで、それ以降の float は指定がなければ、すべて highp 精度修飾子が適用される。

定数について †

定数配列 †

GLSLにおける定数はＣ言語で利用されている、static や const などの修飾詞は使えないため、通常の変数として定義する。また右側にも型を指定する必要がある。

＜例＞

float myArray[4] = float[]( 1.0f,1.0f,1.0f,1.0f );

キャスト †

いわゆる定義のキャストは、Ｃ言語とは表記が違う。

＜Ｃ言語：値の前に括弧で型を宣言＞

int my_int = (int) my_float;

＜ＧＬＳＬ：型を記載し引数の形で値を指定＞

int my_int = int ( my_float );

プリミティブ形状（基本）の一覧 †

OpenGL ES側（メインプログラム）とシェーダーの接続 †

シェーダープログラムとメインプログラムとの接続には、各変数タイプ毎にOpenGLES関数が提供されている。基本はシェーダー内の変数IDを取得し、そのIDを利用して値を操作する形となる。こここでの、programID とは、glUseProgram関数で指定されたものを指す。

ファイルからシェーダーソースを読み込む場合の注意点 †

シェーダーソースをUTF-8で保存する場合は、BOMコードをつけないようにし、改行コードはUnixのLF(0x0A)のファイル形式で保存すること。Windows形式の改行コード 0x0D, 0x0Aなどの場合、ファイルの先頭から Syntax Errorになる場合がある。

ベクトル要素 †

シェーダーで利用できる変数の方には、最小管理単位として浮動小数点型と整数型の２種類しかない。またそれら最小管理単位を複数まとめた集合型（配列でも操作できるので配列型とも認識できる。また代表的用語としてベクター型とも言う）という指定があり、代表的なものには vector型やmatrix型などがある。

独特なアクセス方法 †

集合型（例：vec4など）は、通常のC言語と大きく違い、各要素をまとめてアクセスする表記がある。ただし省略指定は上記の命名セット毎でしか利用できない。

vec4.xy ... vec2型 として x y の２つの要素として取得出来る。
vec4.rgb ... vec3型として、r g b の３つの要素として取得出来る。

いわゆるC言語での型のキャストに似ているが、キャストを明示しなくても、要素の組み合わせで自動的に新しい型として利用できる。応用としては拡張も可能。

vec4 = vec4( vec2, vec2 )
vec4 = vec4( vec3, 1.0 )
vec4 = vec4( vec4.xy, 1.0, vec4.w )

集合型は配列番号によってもアクセスができる。

vec4.x == vec4[0] は同じ場所を指す。
vec4.b == vec4[2] は同じ場所を指す。

OpenGLES関数などの命名規則 †

OpenGLES関数では、関数の末尾に特定の文字を付与することでベクトル要素を明確に指定している。

GLSL 3.0 の注意点 †

gl_FragColorなどのビルトイン変数の廃止 †

attributeなどの修飾子の廃止に合わせて、ビルドイン変数も削除された。例えば fragment シェーダーでは、gl_FragColorなどの出力先用のビルトイン変数が存在していたが、削除され、out 指定されたものが、その対象になるようになった。

＜旧＞

main () {
     gl_FragColor = vColor;
}

＜新＞

out vec4 ouputColor;
main () {
    outputColor = vColor;
}

Fragment Shader †

基本的な構造 †

テクスチャー †

シェーダーコード内で、テクスチャー情報を受け取るためには下記の定義が必要になる。

uniform sampler2D texture;

TIPS＆トラブルシューティング †

Cg からのコンバート †

NVIDIAが提供する Cg Toolkit をインストールすると、cgc コマンドがインストールされ、下記のように利用することで、cg shader のソースを、GLSL のシェーダーソースにコンバートできる。

# cgc -profile glslv -profileopts version=100  -o myshader.vsh myshader.cg

注意点は OpenGL ES 2.0の、GLSL 1.0 では、コンバートされたGLSLソースの先頭に記述される、#version 指定がエラーとなるので、version は 100以外を利用しないように注意。profile には、vertexなら glslv、fragmenなら glslf、geometryなら glslg となるようだ。

またコンバート結果で attribute 指定に ivec4 を指定する場合があるが、GLSL では attributeで int型が使えないためエラーになる。よってattribute ではなく、uniform にする必要がある。他にもビルトイン変数である、gl_Color や、gl_Vertex , gl_TexCoord などが、定義されないため varying で定義が必要になる場合がある。

＜profileオプションの詳細（共通）＞

fragment shader で in/out 行がエラーになる。 †

Tegra K1 などのチップでは、precision 指定を先頭に入れておかないとエラーになる場合がある。

precision highp float;

GLSLで Cgの型（halfなど）を使いたい。 †

GPUが、GL_EXT_Cg_shader に対応していればそのまま利用できる。

glUniformの変数ID(index)がマイナスでもエラーにならない。 †

変数名などが違っていて、glGetUniformLocationの戻り値が、－１になっておりそれに気が付かず、glUniform1fなどの変数アクセスをしても glerror にならない。これを利用して、シェーダーのソースの共通化の工夫が出来る。

uniform変数へのアクセスタイミング †

glGetUniformLocation などのindex取得 = linkProgramの後。programID取得後。
glUniform1f などのアクセス = glUseProgramの後

GLSLで半浮動小数点（２バイト）を使いたい。 †

OpenGLES3.0の一部の実装では下記のハーフフロートオプションが利用できる。対応しているGPUかどうかは、GL Specを確認のこと。

1. GL_OES_vertex_half_float
2. GL_OES_texture_half_float
3. GL_EXT_color_buffer_half_float
4. GL_ARB_half_float_pixel
5. GL_ARB_half_float_vertex
6. GL_NV_half_float

主な使い方はCPU側では、型の指定に GL_FLOAT の代わりに、GL_HALF_FLOAT_OES を指定することで、利用できる。シェーダーでは、#version 300 es の次の行あたりに、#extention

高速化 †

Location獲得命令は、変数名が無い場合、非常に遅くなる。 †