OpenGL®シェーディング言語とは何ですか？

OpenGL®シェーディング言語（GLSL）は、OpenGL®ライブラリを使用して、グラフィックスカードのグラフィカル処理ユニット（GPU）内でレンダリングプロセス中に3次元（3D）グラフィックスを直接操作および制御するために特別に設計されたコンピュータープログラミング言語です。 本質的に、OpenGL®シェーディング言語により、プログラマーは実際にアセンブリ言語ルーチンを記述してGPUハードウェアとインターフェースすることなく、可能な限り低いレベルで3Dジオメトリとレンダリングに直接アクセスできます。 OpenGL®シェーディング言語を使用することで、プロシージャルに生成されたテクスチャやジオメトリなどのエフェクトをGPU内で直接実装および最適化できるため、レンダリングプロセスが高速化されます。 また、アニメーションや特殊効果などのより複雑な機能を、高レベルのコードのオーバーヘッドなしで効率的に実装できます。 シェーディング言語はGPUによって実行可能コードにコンパイルされます。つまり、特定の実装とコンパイラーを個々のグラフィックカード用に設計できるため、さまざまなシェーダーを使用することでパフォーマンスが向上します。

実用的なすべての目的で、OpenGL®シェーディング言語は、ポインター型変数と一部のプリプロセッサディレクティブを除き、ほぼすべての方法でCプログラミング言語の構文を模倣する完全に実装されたプログラミング言語です。 ユーザー定義の関数、変数、論理的な分岐およびループステートメントがすべてサポートされているため、シェーダー言語のみを使用して完全に実現されたプログラムを記述でき、さまざまなオペレーティングシステムおよびハードウェア構成間で移植可能なレベルの抽象化を提供します。 シェーダープログラムが完了すると、GPUに渡され、レンダリングプロセス中に必要に応じてコンパイルおよび実行されます。

OpenGL®シェーディング言語で記述されたプログラムは、最終的にGPUに渡され、グラフィックカードのメーカーが製造したハードウェアまたはドライバーによってコンパイルできます。 つまり、言語内で使用される特定のステートメントは、特定のグラフィックスカードの特定のハードウェア機能で効率的に動作するように最適化された実際のコンパイル済みバイトコードを持つことができます。 これにより、実行速度が向上し、基本的な機能を拡張して、単一のグラフィックカードに固有の特別なレンダリングオプションやエフェクトを含めることができます。

OpenGL®シェーディング言語を使用して記述できるシェーダーには3つのタイプがあります。 1つ目は頂点シェーダーと呼ばれ、空間内のポイントの変換、スケーリング、テクスチャリングなど、個々の頂点に対して複雑な操作を実行するように設計されています。 2つ目はジオメトリシェーダーであり、最終的にラスタライズされる前にポリゴンを追加、削除、または操作するために使用できます。 ピクセルシェーダーとも呼ばれるフラグメントシェーダーは、ライティングエフェクトやディストーションなど、画面に表示するためにフラットな2次元（2D）イメージに変換されるときに、3Dシーンのポイントで操作を実行するように記述できます。