Понятие шейдеров: вершинные и фрагментные

Что такое шейдер и зачем он нужен?

Представь, что ты художник 🎨, который рисует игру. Ты хочешь, чтобы меч героя блестела, вода переливалась, а магический щит светился изнутри. Раньше для каждой такой задачи программисты писали огромные, сложные программы. Но потом придумали шейдеры!

💡 Шейдер (от англ. shade — оттенять) — это небольшая, но очень мощная программа, которая выполняется прямо на видеокарте. Её главная задача — определить цвет каждого пикселя на экране или положение каждой вершины объекта.

Главная суперсила шейдеров — они позволяют видеокарте работать параллельно, обрабатывая тысячи вершин и пикселей одновременно. Это делает графику в играх такой быстрой и красивой.

Сегодня мы разберем два главных типа шейдеров, с которых всё начинается: вершинные и фрагментные.

---

Вершинный шейдер: скелет объекта

Всё, что ты видишь в игре — горы, персонажи, деревья — состоит из вершин. Вершина (vertex) — это просто точка в пространстве с координатами (x, y, z). Несколько вершин соединяются и образуют треугольники 🟦, из которых, как из кусочков Lego, собираются все объекты.

Вершинный шейдер — это первый шаг на пути создания картинки. Его работа — взять исходные вершины объекта и преобразовать их.

Вот что он умеет делать:

• Сдвигать, вращать, масштабировать объекты: новая_позиция = позиция * поворот * масштаб
• Проецировать 3D-мир на 2D-экран: Рассчитывает, как объект будет выглядеть с учетом камеры и перспективы.
• Передавать данные дальше: Например, готовит данные о цвете или текстурных координатах для следующего этапа.

Представь, что вершинный шейдер — это скульптор, который берет каркас из проволоки (исходные вершины) и изгибает его, придавая ему нужную форму и позу.

🎯 Важно: Вершинный шейдер не рисует пиксели! Он только обрабатывает вершины и говорит видеокарте, ГДЕ будет находиться объект на экране.

Задача на понимание

Условие: У нас есть квадрат, заданный четырьмя вершинами. Напиши простейший вершинный шейдер, который сдвигает каждую вершину на 1 единицу вправо по оси X.

Исходные данные: Вершина с координатами vec3 position = (x, y, z).

Пошаговое решение:

1. Нам нужно изменить только X-координату.
2. Для этого мы просто прибавим к ней 1.0.
3. Y и Z координаты оставляем без изменения.
4. Код на языке GLSL будет выглядеть так:

void main() {
    // Исходная позиция вершины
    vec3 pos = position;

    // Сдвигаем только по оси X
    pos.x = pos.x + 1.0;

    // Передаем преобразованную позицию
    gl_Position = vec4(pos, 1.0);
}

---

Фрагментный шейдер: волшебная раскраска

После того как вершинный шейдер расставил все вершины по своим местам, видеокарта заполняет пространство между ними пикселями. Каждый такой пиксель называется фрагментом.

Фрагментный шейдер (или пиксельный шейдер) — это программа, которая отвечает на один-единственный, но самый главный вопрос: "Какого цвета должен быть ЭТОТ конкретный пиксель?" 🎨

Он берет данные, переданные из вершинного шейдера (например, цвет или координаты для текстуры), и на их основе вычисляет конечный цвет фрагмента.

Вот что он делает:

• Накладывает текстуры: Решает, какую часть картинки-текстуры показать в этом пикселе.
• Рассчитывает освещение: Определяет, насколько пиксель яркий, учитывая свет и тени.
• Создает спецэффекты: Свечение, прозрачность, отражения — всё это его рук дело.

Если вершинный шейдер — это скульптор, то фрагментный — это художник-колорист, который берет готовую форму и раскрашивает её в яркие цвета.

🔥 Совет: Именно фрагментный шейдер — главный инструмент для создания уникального визуального стиля твоей игры. Большинство крутых эффектов делаются именно в нем.

Задача на понимание

Условие: Напиши простейший фрагментный шейдер, который заливает весь объект сплошным красным цветом.

Пошаговое решение:

1. Нам нужно вернуть цвет для каждого фрагмента.
2. Цвет в компьютерной графике часто представляют в формате RGBA (Red, Green, Blue, Alpha).
3. Значения каждого компонента варьируются от 0.0 до 1.0.
4. Чтобы получить красный цвет, нужно выставить максимальное значение для красного канала (R), а остальные установить в ноль.
5. Код на языке GLSL будет выглядеть так:

void main() {
    // Задаем цвет: (R, G, B, A)
    // R=1.0 (максимальный красный), G=0.0, B=0.0, Alpha=1.0 (полная непрозрачность)
    gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}