GLSL Shader特效教程3：如何管理shader

在GLSL Shader特效的应用中，有两个比较重要的问题，下面将分别进行探讨：

1. 如何管理自定义的shader？
2. 如何解决Android上游戏从后台切换回来时，自定义shader不能自动加载的问题？

接下来，我们针对这两个问题进行解答。

从Cocos2d-x 2.2到3.0版本，引擎在shader部分基本没有太大变化。在引擎中使用自定义shader相对较为麻烦，尤其是在Android平台上。当app从后台切换回来时，自定义的shader可能不会自动加载，为了解决这个问题，开发者可能不得不修改引擎的内部代码，这并不是一个好的做法。不过，从3.2版本开始，引擎提供了GLProgramState来解决该问题。

下面我们先来分析一下Cocos2d-x shader的框架（以Cocos2d-x 3.0 Android为例）：

• 初始化：引擎内置的shader program由一个全局的ShaderCache进行初始化并持有。其初始化流程为：getInstance --> init() --> loadDefaultShaders();
• 释放：释放操作通过Director::purgeDirector --> ShaderCache::destroyInstance();实现。
• 后台返回（Javaactivity.cpp）：当app从后台返回时，会执行cocos2d::ShaderCache::getInstance()->reloadDefaultGLPrograms();

需要注意的是，在3.2版本中，ShaderCache改名为ProgramCache，但其他部分基本保持不变。基于上述框架，如果用户要在Android上添加自己的shader，就需要在Javaactivity.cpp中添加相应的reload代码，这反映出当前引擎的shader部分存在一定不足。因此，笔者认为shader部分应该进行重写，并向开发者提供一个自定义的接口。

接下来，我们看一下在OpenGL中使用shader的一般流程：

1. 编译vertex shader或者fragment shader：对顶点着色器和片段着色器进行编译。
2. 链接shader：将编译好的着色器进行链接。
3. 初始化需要向shader传递的变量：例如使用getUniformLocation函数获取变量的位置。
4. 在render函数中，实时传递shader变量：例如使用setUniformLocation函数设置变量的值。

问题的关键在于第三步，对于不同的shader，需要初始化的shader变量各不相同，而且很难预测开发者需要向shader传递哪些变量。

为了解决这个问题，我们可以抽象出一个shaderNode父类，完成shader的前两个步骤，并提供一个抽象接口（如：virtual void buildCustomUniforms() = 0;）来完成第三步的初始化，让所有继承的子类来实现这个接口。

下面我们通过具体的例子来进行说明：

• ShaderNode：作为所有shader的父类，提供公共接口的实现，例如shader的编译和链接，以及shader从后台切换回来时reload函数的实现。
• CustomShader：开发者自定义的shader，继承自ShaderNode，并实现抽象接口buildCustomUniforms。在buildCustomUniforms函数中初始化自定义的shader变量。
• ShaderCache：作为全局shader cache的持有者，使用shader_dec来描述所持有的ShaderNode。
• shader_dec：ShaderNode的描述结构体，包含vertex shader和fragment shader的文件名、查找key以及ShaderNode指针（用于回调具体ShaderNode的reload函数）。

以下是具体的使用方法：

1. 定义需要加载的shader table：

   static cocos2d::shaderDes shader_tbl[] = {
   {shader_comm_vs, shader_a_fs, "a", NULL},
   {shader_comm_vs, shader_b_fs, "b", NULL},
   {shader_comm_vs, shader_c_fs, "c", NULL}
   };
   

2. 在预加载页面（如：loading scene）：

   for (int i = 0; i < ARRAYSIZE(shader_tbl); i++) {
   CustomShaderCache::getInstance()->addShader(shader_tbl[i]);
   }
   

3. 使用shader：

   xxxShader::create(shader_key); /* @shader_key是自定义的shader table中的key。*/
   

需要说明的是，附件的源代码没有修改引擎的shader cache的实现模块，而是另外实现了CustomShaderCache，并将其添加在Cocos2d-x-3.0\\cocos\\2d目录下，作为libcocos2d编译进引擎中。当然，开发者也可以选择重写引擎的shadercache模块。CustomShaderCache的实现和引擎的shadercache模块基本相似，不同之处在于CustomShaderCache向外提供了一个自定义shader的类，这样自定义的shader只需要继承ShaderNode即可，其他的reload等工作由CustomShaderCache负责实现。

源代码见文件。

以上就是关于GLSL Shader管理的相关内容，希望对开发者有所帮助。