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寫(xiě)過(guò)Direct3D程序的朋友們可能還記得，在以往，大家常為如何表現(xiàn)更多真實(shí)的材質(zhì)（如玻璃、金屬等）而發(fā)愁。最新的Direct3D中，HLSL把程序員從復(fù)雜的Shader指令集中解放出來(lái)，著力于更重要的算法。
首先，什么是Shader&什么是HLSL？

簡(jiǎn)要地說(shuō)，Shader就是一種腳本程序，相對(duì)獨(dú)立于D3D主程序，并且被編譯成顯卡的GPU指令序列在顯示芯片上跑。（你肯定想知道更多，比如這種程序用什么來(lái)寫(xiě)，都要寫(xiě)什么，怎么讓GPU跑這種程序等等，別著急慢慢來(lái)），這里有必要先了解一下：
AGP顯卡的渲染流程：

首先來(lái)根據(jù)下面這張圖粗略說(shuō)明一下當(dāng)前最普遍流行的AGP顯卡的渲染流程，甭管是nVidia還是ATI哪一邊的。

每次渲染過(guò)程（例如，在一幀畫(huà)面中畫(huà)一個(gè)饅頭的過(guò)程）都包括頂點(diǎn)處理（Vertex Processing）和像素處理（Pixel Processing）兩個(gè)主要功能模塊的執(zhí)行。首先，顯卡從AGP總線(xiàn)接收這個(gè)饅頭的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括位置、法線(xiàn)、貼圖坐標(biāo)（如果是面包可能更需要貼圖，也就是說(shuō)貼圖坐標(biāo)不是必需的）等等，這些都是未經(jīng)過(guò)任何變換，也就是在物體本地空間（Object Space）下的原始坐標(biāo)。每個(gè)頂點(diǎn)依次被送入頂點(diǎn)處理單元，在這里進(jìn)行坐標(biāo)變換、光照計(jì)算（如果是每頂點(diǎn)光照）等工作，變換的結(jié)果是把每個(gè)三角形變換置屏幕空間（Screen Space）下直接可用。這里用到的變換矩陣、燈光等信息都是處理每一批頂點(diǎn)時(shí)一次性傳給顯卡的，作為顯卡的資源。頂點(diǎn)處理圈定了三角形的范圍，接下來(lái)就要逐像素地填充這個(gè)三角形了。填充哪些像素是靠對(duì)頂點(diǎn)屏幕坐標(biāo)的線(xiàn)性插值來(lái)決定的。像素的其他一些必要參數(shù)，如顏色，貼圖坐標(biāo)等也是通過(guò)對(duì)上一步計(jì)算出來(lái)的頂點(diǎn)的這些屬性進(jìn)行插值得到的。另外每個(gè)像素還要通過(guò)深度檢測(cè)和模板檢測(cè)決定最終是否繪制。需要繪制的像素被送進(jìn)像素處理模塊，進(jìn)行貼圖像素取值，貼圖混合等工作，必要的話(huà)每像素光照也在這里完成。這里貼圖等信息也是作為顯卡的資源。像素最終的處理結(jié)果被放進(jìn)后備緩沖。

以往顯卡在頂點(diǎn)處理和像素處理過(guò)程中執(zhí)行的是一套布在硬件上的固定的程序，D3D程序員只能設(shè)置一些參數(shù)，實(shí)際上就是你調(diào)用 IDirect3DDevice::SetRenderState()時(shí)做的事，而這樣的程序在IDirect3DDevice:: DrawPrimitive()中自動(dòng)執(zhí)行。那么有些事情就很難辦到，如渲染一個(gè)水晶饅頭。應(yīng)為參數(shù)再多，其渲染所用到的光照公式也跑不出石膏這種東西?，F(xiàn)在的顯卡，確切的說(shuō)是現(xiàn)在的Direct3D允許你寫(xiě)這么一段程序替代固定的頂點(diǎn)處理過(guò)程和像素處理過(guò)程（記住，只是這兩個(gè)過(guò)程，跟插值什么的沒(méi)關(guān)系）。其中替換頂點(diǎn)處理的就叫Vertex Shader（暫時(shí)還沒(méi)有確切的中文名），替換像素處理的就叫Pixel Shader。就是開(kāi)篇所說(shuō)的Shader。

這樣你應(yīng)該想到Shader中大概應(yīng)該寫(xiě)些什么了。如果還不行的話(huà)建議復(fù)習(xí)一下D3D。用什么來(lái)寫(xiě)呢？
三。GPU自有GPU的指令集，以往的Shader就是用這種匯編式的指令集組成，例如：
vs_1_1

dcl_position v0

dcl_normal v1,r0, v0.x, c0

mad r2, v0.y, c1, r0

就如同匯編用多了必然出現(xiàn)C一樣，自Direct3D9.0后，一種叫HLSL（High Level Shading Language，高級(jí)渲染語(yǔ)言）的面向過(guò)程的Shader語(yǔ)言應(yīng)運(yùn)而生.

HLSL基礎(chǔ)

就像每一本編程語(yǔ)言的教材一樣，介紹一門(mén)語(yǔ)言，首先從它的數(shù)據(jù)類(lèi)型，表達(dá)式，控制流這些東西說(shuō)起。HLSL的這些基本語(yǔ)法很像C/C++，不再贅述。有些常見(jiàn)問(wèn)題還是要說(shuō)明一下，是為了讓你不會(huì)被這些牽制了全面了解Shader的腳步。

數(shù)據(jù)類(lèi)型

與CPU不同，在顯卡芯片中，最小的數(shù)據(jù)吞吐單元是一個(gè)由32位浮點(diǎn)數(shù)組成的四元組。這一點(diǎn)很有道理不是，想想你在渲染過(guò)程中所有涉及到的數(shù)據(jù)，最復(fù)雜的不外乎四維坐標(biāo)（x,y,z,w）或顏色（r,g,b,a），這樣GPU可以一次性處理一個(gè)四元組。而整數(shù)什么的在顯卡中被放到四元組的一個(gè)分量里使用，而很多顯卡中，整數(shù)、布爾值都不被直接支持，而是轉(zhuǎn)為浮點(diǎn)數(shù)使用。至于矩陣，通常用4個(gè)四元組表示一個(gè)4x4矩陣（默認(rèn)情況一個(gè)四元組存儲(chǔ)一行，也可以指定按列存儲(chǔ)）其他尺寸的以此類(lèi)推。

反映到程序上，一個(gè)四維向量就被聲明為float4，4維方矩陣被聲明為float4x4等等。當(dāng)然，你也可以使用任意不超過(guò)4的維度的向量或矩陣，如int3，float3x3，double1。這個(gè)double1實(shí)際上就是標(biāo)量了，1可以省略不寫(xiě)。

紋理（Texture）&取樣器（Sampler）

這倆東西可以看作特殊類(lèi)型變量。紋理就是Shader中用到的貼圖資源，這我想沒(méi)什么好說(shuō)的。來(lái)解釋一下取樣器：實(shí)際上每張貼圖在使用的時(shí)候都要用一個(gè)取樣器。取樣器相當(dāng)于這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)，除了保存貼圖本身數(shù)據(jù)之外，還包括過(guò)濾參數(shù)等取樣信息。通常，讀取貼圖這樣的指令接收的都是取樣器類(lèi)型的參數(shù)而并非直接接收紋理貼圖。聲明及使用紋理或取樣器跟使用普通變量一樣。這里有一些初始化取樣器的方法，還是等到后面的實(shí)例中講述吧。

Semantic & Annotation

任何類(lèi)型的變量（包括紋理和取樣器），我們都可以用Semantic或Annotation修飾來(lái)起到一些特殊作用。Semantic暫時(shí)翻譯成語(yǔ)義； Annotation暫時(shí)翻譯成注解，這是HLSL中獨(dú)特的東西。下面這兩行中，第一個(gè)變量冒號(hào)后面的POSITION就是Semantic，第二個(gè)變量后面用一對(duì)尖括號(hào)<>圈起來(lái)的表達(dá)式就是Annotation，一組<>中可以有很多個(gè)表達(dá)式。

一般來(lái)講，Semantic是告訴應(yīng)用程序或D3D這個(gè)被修飾的變量是做什么用的，Annotation是告訴程序這個(gè)變量怎么用。很云山霧罩是嗎，是這樣，在應(yīng)用程序代碼中，是可以調(diào)用D3D的API認(rèn)出Semantic和Annotation的。例如上面這兩行，程序的邏輯就可能是這樣：首先寫(xiě)主程序的甲和寫(xiě)Shader的乙約定好POSITION標(biāo)識(shí)該變量代表燈泡A的位置，甲在程序里寫(xiě)：{燈泡A.位置 = XXX; 找到Shader中帶POSITION的變量; 給該變量賦值為燈泡A.位置; return;} 那么甲可以不知道乙在Shader中給這個(gè)要用燈泡A位置的變量起了什么名，而且乙可以在好幾個(gè)Shader中給用這個(gè)數(shù)據(jù)的變量起不同的名。然后，甲和乙再約定遇到Annotation中的“name”就將后面的字符串作為文件名建立貼圖。于是甲的程序就從Shader中讀出了一個(gè)文件名，建立了一個(gè)貼圖以供這個(gè)texture變量使用。Semantic和Annotation大概就這么用，首先要約定好各個(gè)Semantic和Annotation都是什么意思，這是up to you的，然后就是通過(guò)它們的標(biāo)識(shí)來(lái)給變量賦值或作其他輔助性工作了。

既然都是做輔助說(shuō)明的為什么還要分成Semantic和Annotation，我的想法是Semantic簡(jiǎn)單方便而Annotation能干的事更多。不說(shuō)這個(gè)了，無(wú)關(guān)大局。要說(shuō)的是，D3D也跟我們約定了一套Semantic，它們大體上都能顧名思義,控制流

控制流，就是if…else，for，while什么的。在CPU中，這些控制流造成的實(shí)際上是指令跳轉(zhuǎn)。但在GPU中指令跳轉(zhuǎn)并不被廣泛的支持，以往的大部分顯卡只懂得按順序一句一句執(zhí)行指令。因此HLSL的編譯器可能會(huì)做出諸如展開(kāi)循環(huán)、遍歷分支等等莽撞的事來(lái)適應(yīng)顯卡。所以使用時(shí)要特別小心，而且不是所有情況的控制流語(yǔ)句都被支持。

函數(shù)

HLSL中提供了很多函數(shù)可供調(diào)用，在Direct3D 文檔 -> DirectX Graphics -> Reference -> HLSL Shader Reference -> HLSL Intrinsic Functions中有這些函數(shù)的詳細(xì)列表。也可自己寫(xiě)函數(shù)用，但是在較早的Shader版本中，就像內(nèi)聯(lián)函數(shù)一樣編譯時(shí)最終要將函數(shù)展開(kāi)插入到函數(shù)調(diào)用處。還有一點(diǎn)我想你一定會(huì)想到的就是主函數(shù)會(huì)是什么。Vertex Shader和Pixel Shader各自需要一個(gè)主函數(shù)，由程序員來(lái)指定！沒(méi)錯(cuò)，程序員在Shader外部指定。