GLSL 程式設計/Blender/著色器除錯
本教程介紹了 **屬性變數**。它建立在 關於最小著色器的教程 和 關於變化變數的 RGB 立方體教程 之上。
本教程還介紹了在 Blender 中除錯著色器的主要技術：偽彩色影像，即透過將片段顏色的某個分量設定為該值來視覺化一個值。然後，結果影像中該顏色分量的強度可以讓您對著色器中的值做出推斷。這看起來可能是一個非常原始的除錯技術，因為它確實是。不幸的是，Blender 中沒有其他選擇。
在 RGB 立方體教程 中，您已經看到了片段著色器如何透過變化變數從頂點著色器獲取資料。這裡的問題是：頂點著色器從哪裡獲取資料？在 Blender 中，此資料由 **屬性視窗** 中的設定（特別是 **物件資料選項卡**、**材質選項卡** 和 **紋理選項卡** 中的設定）為每個選定物件指定。物件的網格的所有資料都在每一幀傳送到 OpenGL。（這通常稱為“繪製呼叫”。請注意，每次繪製呼叫都有一些效能開銷；因此，將一個大型網格傳送到 OpenGL 比使用多個繪製呼叫傳送多個較小的網格效率更高。）此資料通常包含一個三角形列表，每個三角形由三個頂點定義，每個頂點都具有某些屬性，包括位置。這些屬性透過屬性變數在頂點著色器中可用。
在 Blender 中，大多數標準屬性（位置、顏色、表面法線和紋理座標）都是內建的，即您不需要（事實上也不應該）定義它們。這些內建屬性的名稱實際上是由 OpenGL“相容性配置檔案”定義的，因為如果將為固定功能管道編寫的 OpenGL 應用程式與（可程式設計的）頂點著色器混合，則需要這樣的內建名稱。如果您必須定義它們，定義（僅在頂點著色器中）將如下所示
attribute vec4 gl_Vertex; // position (in object coordinates,
// i.e. local or model coordinates)
attribute vec4 gl_Color; // color (usually constant)
attribute vec3 gl_Normal; // surface normal vector
// (usually normalized; also in object coordinates)
attribute vec4 gl_MultiTexCoord0; //0th set of texture coordinates
// (a.k.a. “UV”; between 0 and 1)
attribute vec4 gl_MultiTexCoord1; //1st set of texture coordinates
// (a.k.a. “UV”; between 0 and 1)
...
只有一個屬性變數是由 Blender 提供但沒有 OpenGL 中的標準名稱，即切線向量，即一個與表面法線正交的向量。您應該將此變數自己定義為型別為 vec4 的屬性變數，名稱為 tangent，如下面的著色器所示
import bge
cont = bge.logic.getCurrentController()
VertexShader = """
varying vec4 color;
attribute vec4 tangent; // this attribute is specific to Blender
// and has to be defined explicitly
void main()
{
color = gl_MultiTexCoord0; // set the varying to this attribute
// other possibilities to play with:
// color = gl_Vertex;
// color = gl_Color;
// color = vec4(gl_Normal, 1.0);
// color = gl_MultiTexCoord0;
// color = gl_MultiTexCoord1;
// color = tangent;
gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * gl_Vertex;
}
"""
FragmentShader = """
varying vec4 color;
void main()
{
gl_FragColor = color;
}
"""
mesh = cont.owner.meshes[0]
for mat in mesh.materials:
shader = mat.getShader()
if shader != None:
if not shader.isValid():
shader.setSource(VertexShader, FragmentShader, 1)
shader.setAttrib(bge.logic.SHD_TANGENT)
請注意以下行
shader.setAttrib(bge.logic.SHD_TANGENT)
在 Python 指令碼中，它告訴 Blender 為著色器提供切線屬性。但是，Blender 僅會在 **屬性視窗** 中的某些設定下提供幾個屬性，特別是應在 **物件資料選項卡** 中指定 **UV 貼圖**（只需單擊“+”按鈕），應在 **材質選項卡** 中定義材質，應在 **紋理選項卡** 中定義紋理（例如，任何影像）。
在 RGB 立方體教程 中，我們已經看到了如何透過將片段顏色設定為這些值來視覺化 gl_Vertex 座標。在本例中，片段顏色設定為 gl_MultiTexCoord0，以便我們可以看到 Blender 為 **屬性視窗** 中的某些設定提供的紋理座標型別。
在嘗試理解偽彩色影像中的資訊時，重要的是隻關注一個顏色分量。例如，如果屬性 gl_MultiTexCoord0 被寫入片段顏色，那麼片段的紅色分量會視覺化 gl_MultiTexCoord0 的 x 座標，即輸出顏色是最大純紅色還是最大黃色或最大洋紅色並不重要，在所有情況下，紅色分量都是 1。另一方面，對於紅色分量來說，顏色是藍色、綠色還是青色也不重要，因為在所有情況下紅色分量都是 0。如果您從未學會只關注一個顏色分量，這可能很困難；因此，您可能考慮一次只檢視一個顏色分量。例如，使用此行在頂點著色器中設定變化量
color = vec4(gl_MultiTexCoord0.x, 0.0, 0.0, 1.0);
這將變化變數的紅色分量設定為 gl_MultiTexCoord0 的 x 分量，但將綠色和藍色分量設定為 0（以及 alpha 或不透明度分量設定為 1，但這在該著色器中並不重要）。
Blender 傳送到頂點著色器的特定紋理座標取決於 **物件資料選項卡** 中指定的 **UV 貼圖** 和 **紋理選項卡** 中指定的 **對映**。
紋理座標特別容易視覺化，因為它們像顏色分量一樣都在 0 到 1 之間。幾乎同樣容易的是歸一化向量的座標（即長度為 1 的向量；例如，gl_Normal 通常是歸一化的），因為它們始終介於 -1 和 +1 之間。要將此範圍對映到 0 到 1 的範圍，您需要將 1 加到每個分量，並將所有分量除以 2，例如
color = vec4((gl_Normal + vec3(1.0, 1.0, 1.0)) / 2.0, 1.0);
請注意，gl_Normal 是一個三維向量。黑色對應於座標 -1，一個分量的全強度對應於座標 +1。
如果您要視覺化的值不在 0 到 1 或 -1 到 +1 的範圍內，則必須將其對映到 0 到 1 的範圍內，這是顏色分量的範圍。如果您不知道預期哪些值，您只需要嘗試一下。這裡有所幫助的是，如果您將顏色分量指定為不在 0 到 1 的範圍內，它們會自動被鉗制到此範圍內。即，小於 0 的值將被設定為 0，大於 1 的值將被設定為 1。因此，當顏色分量為 0 或 1 時，您至少知道該值小於或大於您假設的值，然後您可以迭代地調整對映，直到顏色分量在 0 到 1 之間。
為了練習著色器的除錯，本節包含一些在頂點著色器中將對 color 的賦值替換為它們中的每一個時會產生黑色的行。您的任務是找出每行的結果為什麼是黑色的。為此，您應該嘗試視覺化您不確定的任何值，並將小於 0 或大於 1 的值對映到其他範圍內，以便這些值可見，您至少對它們所在的範圍有一個概念。請注意，大多數函式和運算子都記錄在 “向量和矩陣運算” 中。
color = gl_MultiTexCoord0 - vec4(1.5, 2.3, 1.1, 0.0);
color = vec4(1.0 - gl_MultiTexCoord0.w);
color = gl_MultiTexCoord0 / tan(0.0);
以下行僅適用於球體，需要一些關於點積和叉積的知識
color = dot(gl_Normal, vec3(tangent)) * gl_MultiTexCoord0;
color = dot(cross(gl_Normal, vec3(tangent)), gl_Normal) *
gl_MultiTexCoord0;
color = vec4(cross(gl_Normal, gl_Normal), 1.0);
color = vec4(cross(gl_Normal, gl_Vertex), 1.0);
函式 radians() 是否總是返回黑色？它有什麼用？
color = radians(gl_MultiTexCoord0);
請查閱 “Khronos OpenGL ES API 登錄檔” 中提供的“OpenGL ES 著色語言 1.0.17 規範”中的文件，以瞭解 radians() 的用途。
屬性特定於頂點，即它們通常對不同的頂點具有不同的值。片段著色器也有類似的變數，即對每個片段具有不同值的變數。但是，它們不同於屬性，因為它們不是由網格（即三角形列表）指定的。它們也不同於變化變數，因為它們不是由頂點著色器顯式設定的。
具體來說，一個四維向量 gl_FragCoord 可用，它包含正在處理的片段的螢幕（或：視窗）座標 ；有關螢幕座標系的描述，請參見 “頂點變換”。
此外，提供了一個布林變數gl_FrontFacing，用於指定正在渲染三角形的正面還是背面。正面通常朝向模型的“外部”，而背面朝向模型的“內部”；但是，如果模型不是閉合曲面，則沒有明顯的外部或內部。通常，表面法線向量指向正面的方向，但這不是必需的。實際上，正面和背面是由頂點三角形的順序指定的：如果頂點以逆時針順序出現，則正面可見；如果它們以順時針順序出現，則背面可見。在切割教程中展示了一個應用程式。
恭喜你，你已經完成了本教程！我們已經看到了
- Blender 中的內建屬性列表：
gl_Vertex、gl_Color、gl_Normal、gl_MultiTexCoord0、gl_MultiTexCoord1以及特殊的tangent。 - 如何透過設定輸出片段顏色的元件來視覺化這些屬性（或任何其他值）。
- 片段程式中可用的兩個額外特殊變數：
gl_FragCoord和gl_FrontFacing。
如果你還想了解更多
- 關於頂點和片段著色器中的資料流，你應該閱讀對“OpenGL ES 2.0 管道”的描述。
- 關於向量運算和函式，你應該閱讀“向量和矩陣運算”。