一、着色器基础结构
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版本声明与入口函数
- 首行版本声明：必须指定 GLSL 版本和模式（如
#version 450 core）。#version 450 core // 声明使用 OpenGL 4.5 Core Profile - 入口函数：所有着色器的入口均为
main()函数，负责处理输入变量并输出结果。
- 首行版本声明：必须指定 GLSL 版本和模式（如
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输入/输出变量
- 顶点属性输入：通过
layout(location=N)指定顶点属性位置（如位置、法线、纹理坐标），通过in关键字声明。layout (location = 0) in vec3 aPos; // 位置属性（location 对应 VBO 的布局） layout (location = 1) in vec2 aTexCoord; // 纹理坐标 - 跨阶段传递：顶点着色器的
out变量需与片段着色器的in变量名称、类型一致以实现数据传递。out vec2 TexCoord; // 顶点着色器输出，片段着色器输入
- 顶点属性输入：通过
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Uniform 全局变量
- 作用：用于从 CPU 向 GPU 传递全局数据（如变换矩阵、光源参数）。
- 特点：同一着色器程序中所有着色器共享相同的
uniform值。uniform mat4 model; // 模型矩阵 uniform sampler2D tex; // 纹理采样器
二、着色器类型与功能
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顶点着色器 (Vertex Shader)
- 职责：处理顶点属性（位置、法线等），执行模型-视图-投影变换，输出裁剪空间坐标。
- 限制：可用的顶点属性数量由硬件决定，需通过
GL_MAX_VERTEX_ATTRIBS查询上限。
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片段着色器 (Fragment Shader)
- 职责：计算像素颜色，支持纹理采样、光照计算，输出最终颜色到帧缓冲区。
- 优化场景：逐片元计算光照可避免逐顶点着色的视觉瑕疵（如马赫带效应）。
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其他着色器类型
- 几何着色器：动态生成/修改图元拓扑结构（如将点扩展为四边形）。
- 曲面细分着色器：控制曲面细分级别，生成高精度几何体。
三、核心语法与数据操作
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数据类型
- 基础类型：
float、int、bool、vec2、vec3、vec4、mat3、mat4、sampler2D等。 - 容器操作：向量支持分量重组（如
vec3 pos = myVec.xyz），矩阵为列优先存储。vec3 color = vec3(1.0, 0.0, 0.0); // 红色 mat4 view = mat4(1.0); // 单位矩阵 -
内置变量：
顶点着色器必须赋值gl_Position。gl_Position接收顶点经过模型-视图-投影（MVP）矩阵变换后的坐标值，其类型为vec4。gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);裁剪空间坐标范围通常为[-1, 1]，超出此范围的顶点会被裁剪。
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片段着色器必须赋值
FragColor：out vec4 FragColor; // 输出颜色到帧缓冲区
- 基础类型：
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控制流与函数
- 分支/循环：支持
if-else、for、while语句。 - 自定义函数：类似 C 语言风格，支持参数传递和返回值。
float calculateLight(vec3 normal, vec3 lightDir) {return max(dot(normal, lightDir), 0.0); }
- 分支/循环：支持
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纹理采样
- 函数调用：使用
texture(sampler2D, uv)读取纹理，需确保 UV 坐标在 [0,1] 范围内。
- 函数调用：使用
四、完整示例：带光照的纹理着色器
顶点着色器（Vertex Shader）
#version 450 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
layout (location = 2) in vec2 aTexCoord;out vec3 FragPos;
out vec3 Normal;
out vec2 TexCoord;uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;void main() {FragPos = vec3(model * vec4(aPos, 1.0)); // 世界空间坐标Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal; // 法线矩阵修正TexCoord = aTexCoord;gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}
片段着色器（Fragment Shader）
#version 450 core
in vec3 FragPos;
in vec3 Normal;
in vec2 TexCoord;out vec4 FragColor;uniform vec3 lightPos; // 光源位置
uniform vec3 lightColor; // 光源颜色
uniform sampler2D diffuseTex; // 漫反射贴图void main() {// 采样纹理vec3 diffuse = texture(diffuseTex, TexCoord).rgb;// 计算光照vec3 norm = normalize(Normal);vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);vec3 result = diff * lightColor * diffuse;FragColor = vec4(result, 1.0);
}
五、关键注意事项
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变量精度修饰符（可选但推荐）
precision highp float; // 指定浮点数精度（highp/mediump/lowp） -
矩阵乘法顺序
GLSL 矩阵乘法是列优先，需注意与 CPU 端矩阵操作的顺序一致性：mat4 mvp = projection * view * model; // 正确顺序 -
纹理采样
- 使用
texture(sampler, uv)函数采样纹理 - 纹理坐标需归一化到 [0,1] 范围
- 使用
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错误排查
通过glGetShaderInfoLog获取编译错误信息：// Qt 中的调试代码示例 if (!shaderProgram.link()) {qDebug() << "Shader Error:" << shaderProgram.log(); }
六、常见问题
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变量未传递：确保
uniform变量在 CPU 端正确设置（如setUniformValue("model", matrix)）。 -
版本不匹配：GLSL 版本需与 OpenGL 上下文版本兼容（如 450 core 需 OpenGL 4.5+）。
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纹理绑定错误：检查纹理单元是否激活（
glActiveTexture(GL_TEXTURE0)）。 -
调试日志输出：通过
glGetShaderInfoLog获取编译错误详情。
