openGL之API学习layout作用详解

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妙为 2022-07-06 13:26:38 ©著作权

文章标签 glsl4.6 openGL shader4.6 着色器限定符 文章分类 网络安全

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GLSL语言规范中也有对此的详细说明https://www.khronos.org/registry/OpenGL/specs/gl/GLSLangSpec.4.60.pdf

这里大致翻译如下：

布局限定符（GLSL除了这个限定符，还有很多其它限定符，比如存储限定符、内存限定符、插值限定符等，具体参看https://www.khronos.org/opengl/wiki/Type_Qualifier_(GLSL)），基本语法为：

layout(qualifier1, qualifier2 = value, ...) variable definition

主要有以下用法：

1、用于着色器输入/输出变量接口布局

着色器的输入/输出变量就是着色器与显存或其它着色器通信的接口，通过layout可以指定这些输入/输出变量从哪去什么值/向哪输出什么值。

1.1、顶点着色器的属性索引

layout(location = attribute index) in vec3 position;

可以指定顶点着色器输入变量使用的顶点属性索引值，一般在glVertexAttribPointer中指定属性索引值。如果同时使用了glBindAttribLocation，那么这个layout优先。

如果输入变量占用了多个属性位置槽，那么将按照属性位置顺序依次分配，如

layout(location = 2) in vec3 values[4];

values将依次获取属性位置2,3,4,5处的值。

值得注意的是，输入和输出变量的位置索引并不冲突，比如

1. #version 440
2. 
3. layout(location = 0) in vec4 inWorldPosition;
4. layout(location = 1) in vec4 inNormal;
5. layout(location = 2) in vec2 inTexCoord;
6. layout(location = 3) in vec4 inTangent;
7. layout(location = 4) in vec4 inBiTangent;
8. 
9. layout(location = 0) out vec4 nu_outColor;

1.2、片段着色器的缓冲区输出

layout(location = output index) out vec4 outColor;

可以指定片段着色器输出变量输出到哪个索引缓冲区，和顶点着色器类似。如果同时使用了 glBindFragDataLocation，那么这个layout优先。

对于双重来源混合（dual source blending,带有两源参数的附加混合模式），使用如下句法：

layout(location = output index, index = dual output index) out vec4 outColor;

如果同时使用了glBindFragDataLocationIndexed，那么这个layout优先。

1.3、着色器程序间的变量传递

这个特性是从opengl4.1开始有的。

比如，顶点着色器是这样的

1. layout(location = 0) out vec4 color;
2. layout(location = 1) out vec2 texCoord;
3. layout(location = 2) out vec3 normal;

其它着色器可以是这样的，通过相同的位置索引来获取顶点着色器中的变量，这里变量的名字和类型可以与顶点着色器中不同。

1. layout(location = 0) in vec4 diffuseAlbedo;
2. layout(location = 1) in vec2 texCoord
3. layout(location = 2) in vec3 cameraSpaceNormal;

注意1：有些变量会占用多个位置索引，比如结构体和数组，他们的位置索引会按照顺序占用，其它变量的位置索引不能与他们的位置索引重叠，否则在编译链接时会报错。

注意2：不同的变量类型占用的位置索引数是不同的，对于标量和非double型的向量（如vec3）而言，占用一个位置索引；double和dvec2占用一个位置索引；dvec3和dvec4占用2个位置索引；结构体根据它们的成员变量类型来确定占用的位置索引数量；数组根据它们的长度来确定占用的位置索引数目。如下例：

1. struct OutData
2. {
3. vec3 data1;
4. dvec4 data2;
5. float val[3];
6. };

1. layout(location = 0) out vec3 vals[4]; // Consumes 4 locations
2. layout(location = 4) out OutData myOut; // Consumes 6 locations. dvec4 uses 2, and `val[3]` uses 3 total
3. layout(location = 10) out vec2 texCoord; // Consumes 1 location

注意3：可用的位置索引数是与硬件实现有关的，具体数量不可查询，至少是GL_MAX_VARYING_COMPONENTS的1/4。

1.4、块成员定位

这个特性是从opengl4.4开始有的。

块作为一个整体可以有一个位置索引，其内部成员从这个位置开始依次分配位置索引。

块中的成员也可以定义位置索引，这只有在块作为整体有位置索引或者块中的每一个成员都有位置索引的情况下才行。

块成员定义的位置索引会修改块为其分配的默认位置索引，并会修改该成员后面其它没有定义位置索引成员的位置索引，也就是从该成员的位置索引后顺序分配。

下面是一个例子：

1. layout(location = 0) out Block
2. {
3. vec2 first; // Location 0.
4. dvec4 second[3]; // Location 1.
5. vec4 third; // Location 7; dvec4 takes 2 each, and the prior one has 3 array members.
6. layout(location = 10) vec2 fourth; // Location 10.
7. dvec4 fifth; // Location 11. Starts from the most recent explicit location.
8. layout(location = 8) dvec3 sixth; // Location 8.
9. vec3 seventh; // Location 10, overlaps with `fourth`, so causes an error.
10. };

1.5、用于定位到变量的组件

这个特性是从opengl4.4开始有的。

opengl的API默认所有变量是一组四元数的集合，比如mat2包含两个四元数（每个四元数的后两个组件没有使用），占用两个位置索引；vec4包含一个四元数，占用一个位置索引。

因此，对于某些变量而言，存在部分组件是未被使用的，这里的组件限定符将能使用这些未被使用的组件。

组件限定符指定了变量要使用的起始组件位置。如果从起始组件开始，变量占用的组件位置超出了4，这将是非法的，因此对于vec3而言，起始组件位置要么是0要么是1。

如果有两个变量占用同一个位置索引，那么他们所占用的组件不能重叠。比如不能将一个vec3和一个vec2分配在同一个位置索引上，但是可以将两个vec2分配在同一个位置索引上。

数组可以基于组件限定符进行分配，它将会在数组占用的每一个位置索引上，按照组件限定进行分配。比如：

1. layout(location = 0) out vec2 arr1[5];
2. layout(location = 0, component = 2) out vec2 arr2[4]; //Different sizes are fine.
3. layout(location = 4, component = 2) out float val; //A non-array takes the last two fields from location 4.

两个或多个变量共享同一个位置索引，需要满足以下条件：

（1）必须具有相同的基本数据类型。比如都是float，或都是int，但是不能一个是float，另一个是int。

（2）使用同样的插值限定符（参看https://www.khronos.org/opengl/wiki/Type_Qualifier_(GLSL)#Interpolation_qualifiers）。

组件限定符不能用于以下情况：

（1）matrix类型变量

（2）struct类型变量

（3）块类型变量（但是可以用于块成员变量）

（4）以上几种变量的数组

glVertexAttribPointer在给变量填充数据时，如果有些组件没有被填充到，将会填上默认值0（最后一个组件，也就是第四个会填上1）。

1.6、绑定点

这个特性是从opengl4.2开始有的。

用于初始化变量

1. layout(binding = 3) uniform sampler2D mainTexture;
2. layout(binding = 1, std140) uniform MainBlock
3. {
4. vec3 data;
5. };

1.7、图像格式

这个特性是从opengl4.2开始有的。

1.8、原子计数存储

1. layout(binding = 0, offset = 12) uniform atomic_uint one;
2. layout(binding = 0) uniform atomic_uint two;
3. layout(binding = 0, offset = 4) uniform atomic_uint three;
4. 
5. layout(binding = 1) uniform atomic_uint four;
6. layout(binding = 1) uniform atomic_uint five;
7. layout(binding = 1, offset = 20) uniform atomic_uint six;
8. layout(binding = 0) uniform atomic_uint seven;

The offsets for these are as follows:

one: 12
two: 16 (12 + 4)
three: 4 (specified)
four: 0 (unused bindings offsets always start with a default of 0).
five: 4
six: 20
seven: 8 (the last value used for binding 0 was 4, so this one gets 8).

布局限定符有时用于为不同的着色器阶段定义各种选项。这些着色器阶段选项应用于着色器阶段的输入或输出。在这些定义中，变量定义variable definition将只是输入in或输出out，比如：

layout (triangles, equal_spacing, cw) in;

1. layout (vertices = 3) out; 
2. layout (triangles, equal_spacing, cw) in; 
3. layout(location=0)

这里使用了layout关键字。这个关键字用于一个具体变量前，用于显式标明该变量的一些布局属性，这里就是显式设定了该attribute变量的位置值(location)。
优点：
（1）、避免了getlocation的开销；
（2）、重定义了OpenGL和GLSL之间attribute变量属性的依赖。过去我们的OpenGL端必须首先要知道GLSL端某个attribute的名字，才能设置/获得其位置值，如今两者只需要location对应起来就可以完成绘制时顶点属性流的传递了

layout(location = 0)，叫做布局限定符，目的是为了方便给变量提供数据，layout()的还有其他的选项，在这里location相当于设定了变量在着色器程序中的访问位置。

1. #version 330
2. 
3. layout (points) in;
4. layout (triangle_strip) out;
5. layout (max_vertices = 4) out;

公告板技术的核心就在几何着色器了，我们分解开一步步来看。开始我们先使用‘layout’关键字声明一些全局缓冲器。我们要先告诉渲染管线输入来的参数结构是点列表，输出的是三角带，并且说明输出的顶点个数最多为4个。这些关键词也会提示图形驱动器从几何着色器输出顶点的最大个数，提前知道顶点个数上限可以给驱动器机会来优化几何着色器在某些特定情况下的动作。我们知道对于每一个输入的顶点要输出的是一个扩展的四边形，因此我们设置最大顶点数为4。