Was ist eine OpenGL® Shading Language?
Die OpenGL®-Shading-Sprache (GLSL) ist eine Computerprogrammiersprache, die speziell zum Manipulieren und Steuern dreidimensionaler (3D-) Grafiken während des Renderprozesses direkt in der Grafikverarbeitungseinheit (GPU) einer Grafikkarte mithilfe von OpenGL®-Bibliotheken entwickelt wurde. Im Wesentlichen ermöglicht die OpenGL®-Shading-Sprache Programmierern den direkten Zugriff auf 3D-Geometrie und Rendering auf der niedrigstmöglichen Ebene, ohne Assembler-Routinen für die Schnittstelle zur GPU-Hardware schreiben zu müssen. Durch die Verwendung der OpenGL®-Shading-Sprache können Effekte wie prozedural erzeugte Texturen und Geometrien direkt in der GPU implementiert und optimiert werden, wodurch der Rendering-Prozess beschleunigt wird. Es ermöglicht auch die effiziente Implementierung komplexerer Funktionen wie Animationen oder Spezialeffekte, ohne den Overhead von Code auf höherer Ebene. Die Shading-Sprache wird von der GPU in ausführbaren Code kompiliert. Dies bedeutet, dass bestimmte Implementierungen und Compiler für einzelne Grafikkarten entworfen werden können, um den Leistungsgewinn durch die Verwendung der verschiedenen Shader zu erhöhen.
Für alle praktischen Zwecke ist die OpenGL®-Shading-Sprache eine vollständig implementierte Programmiersprache, die die Syntax der C-Programmiersprache mit Ausnahme von Zeigervariablen und einigen Präprozessoranweisungen auf nahezu alle Arten nachahmt. Benutzerdefinierte Funktionen, Variablen und logische Verzweigungs- und Schleifenanweisungen werden unterstützt, sodass vollständig realisierte Programme nur in der Shader-Sprache geschrieben werden können und eine Abstraktionsebene bereitgestellt wird, die auf verschiedene Betriebssysteme und Hardwarekonfigurationen übertragbar ist. Sobald ein Shader-Programm abgeschlossen ist, wird es an die GPU übergeben, wo es kompiliert und bei Bedarf während des Renderprozesses ausgeführt wird.
Ein in der OpenGL®-Shading-Sprache geschriebenes Programm wird schließlich an die GPU übergeben, wo es von Hardware oder Treibern kompiliert werden kann, die vom Hersteller der Grafikkarte hergestellt wurden. Dies bedeutet, dass bei bestimmten Anweisungen, die in der Sprache verwendet werden, der tatsächlich kompilierte Bytecode optimiert werden kann, um effizient mit den spezifischen Hardwarefunktionen einer bestimmten Grafikkarte zu arbeiten. Dies erhöht die Ausführungsgeschwindigkeit und kann die Basisfunktionalität um spezielle Renderoptionen und Effekte erweitern, die für eine einzelne Grafikkarte einzigartig sein können.
Es gibt drei Arten von Shadern, mit denen die OpenGL®-Shading-Sprache geschrieben werden kann. Der erste ist als Vertex-Shader bekannt und wurde entwickelt, um komplexe Operationen an einzelnen Vertices durchzuführen, z. B. das Verschieben, Skalieren oder Texturieren eines Punkts im Raum. Der zweite ist ein Geometrie-Shader und kann verwendet werden, um Polygone hinzuzufügen, zu entfernen oder auf andere Weise zu bearbeiten, bevor sie schließlich gerastert werden. Fragment-Shader, auch Pixel-Shader genannt, können geschrieben werden, um Vorgänge an Punkten in der 3D-Szene auszuführen, wenn diese in ein flaches zweidimensionales Bild (2D) zur Anzeige auf einem Bildschirm übersetzt werden, z. B. Lichteffekte oder Verzerrungen.