cocos渲染引擎分析（六）-----shader渲染流程之内置shader构建

单纯使用OPENGl写一个场景渲染时，可以很容易的看出OEPNGL整个渲染流程，cocos引擎将整个渲染流程进行了封装分类，各司其职。虽然很多人说cocos渲染底层是学生写的，不少问题，然而cocos这个小巧的引擎，确是一个很好的学习引擎渲染架构的方式，本篇主要讲，引擎底层怎么组织shader,读取模型，材质，创建生成渲染指令的过程进行剖析，本章记录内置shader的构建过程。

内置shader和材质构建：

首先，程序创建scene后，会创建一个默认相机，相机创建过程中，会创建一个CameraBackgroundBrush，用于刷黑屏幕，代码如下：

Camera::Camera()
{
    _clearBrush = CameraBackgroundBrush::createDepthBrush(1.f);
    _clearBrush->retain();
}
CameraBackgroundBrush创建过程会调用下面的函数：
bool CameraBackgroundDepthBrush::init()
{
    //获取擦除相机的shader
    auto shader = GLProgramCache::getInstance()->getGLProgram(GLProgram::SHADER_CAMERA_CLEAR);
    //创建ProgramState，具体而言就是材质，shader的具体化
    _glProgramState = GLProgramState::getOrCreateWithGLProgram(shader);
    _glProgramState->retain();
    
     。。。。。。。
    //绘制矩形背景
    。。。。。。。。
    return true;
}

其中，程序CameraBackgroundBrush初始过程中会调用GLProgramCache::getInstance()，如果GLProgramCache（内置shader的集合）不存在，就创建，并返回，单例模式，运行过程中只有一个。

GLProgramCache* GLProgramCache::getInstance()
{
    if (!_sharedGLProgramCache) {
        _sharedGLProgramCache = new (std::nothrow) GLProgramCache();
        if (!_sharedGLProgramCache->init())
        {
            CC_SAFE_DELETE(_sharedGLProgramCache);
        }
    }
    return _sharedGLProgramCache;
}

GLProgramCache的初始化函数如下：

bool GLProgramCache::init()
{
    loadDefaultGLPrograms();
}
void GLProgramCache::loadDefaultGLPrograms()
{
    //加载各种材质类型的shader
    GLProgram *p = new (std::nothrow) GLProgram();
    loadDefaultGLProgram(p, kShaderType_PositionTextureColor);
    _programs.emplace(GLProgram::SHADER_NAME_POSITION_TEXTURE_COLOR, p);

    ............
    
    p = new (std::nothrow) GLProgram();
    loadDefaultGLProgram(p, kShaderType_3DPositionNormalTex);
    _programs.emplace(GLProgram::SHADER_3D_POSITION_NORMAL_TEXTURE, p);
}

GLProgram指可以附加着色器对象的对象，具体而言可以理解为一个材质对象，用于的顶点着色器和面片着色器shader的编译，链接和顶点属性，uniform参数获取，后面使用时，使用GLProgram类向shader中传递顶点变量和Uniform变量。下面以kShaderType_3DPositionNormalTex（3D法线纹理材质）为例，记录GLProgram的创建过程：

void GLProgramCache::loadDefaultGLProgram(GLProgram *p, int type)
{
    case kShaderType_3DPositionNormalTex://根据特定类别调用特定的加载特定的.ver和.frag文件
            {
                std::string def = getShaderMacrosForLight();
                p->initWithByteArrays((def +         
                std::string(cc3D_PositionNormalTex_vert)).c_str(), (def + 
                std::string(cc3D_ColorNormalTex_frag)).c_str());
            }

}
//GLProgram的创建过程如下
bool GLProgram::initWithByteArrays(const GLchar* vShaderByteArray, const GLchar* fShaderByteArray, const std::string& compileTimeHeaders, const std::string& compileTimeDefines)
{
    _program = glCreateProgram();//创建一个空program
    //预定义开关，用于编译shader时，静态编译部分shader(#if #else),不同if和else 
    std::string replacedDefines = "";
    useRealTimeBRDF = replaceDefines(compileTimeDefines, replacedDefines);
    _vertShader = _fragShader = 0;
    //创建顶点着色器
    if (vShaderByteArray)
        if (!compileShader(&_vertShader, GL_VERTEX_SHADER, vShaderByteArray..))
           return false;
    // 创建面片着色器
    if (fShaderByteArray)
        if (!compileShader(&_fragShader, GL_FRAGMENT_SHADER ...))
            return false;
   //绑定顶点着色器到当前program
    if (_vertShader)
        glAttachShader(_program, _vertShader);
    if (_fragShader)
        glAttachShader(_program, _fragShader);
    //清空Uniform变量
    clearHashUniforms();
    return true;
}

至此，完成了所有内置shader编译连接，使用时，不同材质使用不同的GLProgram，然后传递属性参数。

cocos渲染引擎分析（六）-----shader渲染流程之内置shader构建

内置shader和材质构建：

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