OpenGL Shading Language

Unter Shading wird in der Computergrafik die Veränderung einzelner Vertices bzw. Fragmente innerhalb der Grafikpipeline bezeichnet. Die Shader berechnen das Aussehen eines Objektes oder erzeugen Spezialeffekte. Typische Aufgaben sind beispielsweise die Texturierung und die Beleuchtung. In der klassischen (sogenannte Fixed Function) OpenGL-Pipeline sind die einzelnen Berechnungsschritte des Shaders unveränderbar und es können nur einzelne Parameter konfiguriert werden. Um diese Limitierung zu überwinden, wurde in der OpenGL-Version 1.4 GLSL als Extension eingeführt. GLSL erlaubt es Teile der Pipeline mittels eigener Programme frei zu definieren. So kann z. B. ein spezielles Beleuchtungsmodell oder ein Textureffekt wie Bumpmapping implementiert werden.

Mit der OpenGL-Version 2.0 wurde die Sprache ein offizieller Bestandteil der OpenGL-Spezifikation, die den Funktionsumfang von OpenGL definiert. Die initiale GLSL-Version bot nur einen Vertex- und Fragment-Shader. Mit der OpenGL-Version 3.2 wurde sie um den Geometry-Shader, mit der Version 4.0 um den Tessellation-Control- und Tessellation-Evaluation-Shaders und mit der Version 4.3 um den Compute-Shader ergänzt.[1]

Mit der heutigen auf GLSL basierten Pipeline lassen sich, mit Ausnahme der Rasterung, alle Verarbeitungsschritte der Grafikkarte direkt programmieren.

In die Spezifikation von GLSL wurden auch Schlüsselwörter (Präzisions-Qualifizierer) der Tochterprogrammiersprache GLSL ES aufgenommen. Diese sind ausschließlich für die Portabilität mit OpenGL ES und möglichen Erweiterungen vorgesehen, haben als solches aber keine Funktion oder Bedeutung in GLSL. Die Funktionalitäten von GLSL ES sind in einer eigenständigen Spezifikation beschrieben und ist somit kein Bestandteil von GLSL.

GLSL steht in Konkurrenz zu HLSL, welches die äquivalente Funktionalität für Direct3D bereitstellt.

GLSL ist eine C-ähnliche Programmiersprache, die speziell an die Notwendigkeiten von Shadern angepasst wurde. So gibt es eingebaute Typen für Vektoren, Matrizen und eine Vielzahl von Mathematik- und Grafikfunktionen. Viele der angebotenen Operationen können auf mehreren Datenelementen gleichzeitig arbeiten (SIMD). Im Unterschied zu C gibt es jedoch keine Zeiger (Pointer).

Es gibt fünf unterschiedliche GLSL-Shadertypen; Vertex-, Tessellation-, Geometry- und Fragmentshader als Teil der Rendering-Pipeline und die davon unabhängigen Compute-Shader. Jeder Shadertyp hat charakteristische Ein- und Ausgabeparameter. Der Applikationsentwickler übergibt dem OpenGL-Treiber für jeden Shadertyp den Shader-Quellcode sowie alle zusätzlichen Variablen und Konstanten. Der Treiber kompiliert und linkt die Shader zu einem Shaderprogramm. Es sind nicht zwingend alle Shadertypen zu nutzen.

Jedes Primitiv, welches die Applikation zeichnen will, passiert nun die im Shaderprogramm enthaltenen Shader in der folgenden Reihenfolge:

Ein Beispiel eines GLSL-Programms aus einem Vertex- und einem Fragmentshader. Das Programm erzeugt eine rote Silhouette aller Objekte.

  void main(void)
  {
    gl_FrontColor = gl_Color;
    gl_Position = gl_ModelViewProjectionMatrix * gl_Vertex;
  }

  void main(void)
  {
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
  }

• Randi Rost: OpenGL Shading Language. 1st ed. Pearson Education, 2004, ISBN 0-321-19789-5.
• Heiko Ihde: Shader mit GLSL: Eine Einführung in die OpenGL Shading Language. 1st ed. Diplomica, 2009, ISBN 3-8366-7927-2.

• Sprachspezifikation, Version 4.60 (PDF; 915 kB; englisch)
• OpenGL Shading Language Tutorial lighthouse3d.com (englisch)
• OpenGL Shading Language Beispiele, interaktiv veränderbar!

1. Sprachspezifikation, Version 4.30 (PDF; 830 kB; englisch)