Shader - Built-in Variables

GLSL 內置變數筆記

GLSL (OpenGL Shading Language) 中的內置變數是以 gl_ 開頭的特殊變數，它們提供與 OpenGL 渲染管線的交互。以下是常用的內置變數及其用途。

頂點著色器中的內置變數

片段著色器中的內置變數

幾何著色器中的內置變數

共享的內置常量

使用範例

基本頂點和片段著色器

// 頂點著色器
#version 300 es
in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texCoord;

uniform mat4 modelMatrix;
uniform mat4 viewMatrix;
uniform mat4 projectionMatrix;

out vec3 vNormal;
out vec2 vTexCoord;

void main() {
    // 計算並輸出裁剪空間座標
    gl_Position = projectionMatrix * viewMatrix * modelMatrix * vec4(position, 1.0);
    
    // 傳遞法線和紋理座標到片段著色器
    vNormal = (modelMatrix * vec4(normal, 0.0)).xyz;
    vTexCoord = texCoord;
}

// 片段著色器
#version 300 es
precision highp float;

in vec3 vNormal;
in vec2 vTexCoord;

uniform sampler2D diffuseMap;
uniform vec3 lightDir;

out vec4 fragColor;

void main() {
    // 計算基本漫反射光照
    vec3 normal = normalize(vNormal);
    float diffuse = max(dot(normal, normalize(lightDir)), 0.0);
    
    // 基於片段是正面還是背面應用不同效果
    if (gl_FrontFacing) {
        // 正面：使用紋理和全光照
        vec4 texColor = texture(diffuseMap, vTexCoord);
        fragColor = texColor * vec4(vec3(0.2 + diffuse * 0.8), 1.0);
    } else {
        // 背面：使用紅色並降低光照強度
        fragColor = vec4(0.8, 0.2, 0.2, 1.0) * vec4(vec3(0.2 + diffuse * 0.4), 1.0);
    }
    
    // 根據片段深度調整透明度
    float depth = gl_FragCoord.z / gl_FragCoord.w;
    fragColor.a *= smoothstep(20.0, 10.0, depth);
}

使用 gl_PointCoord 創建自定義點精靈

// 頂點著色器
#version 300 es
in vec3 position;
in float size;

uniform mat4 mvpMatrix;

void main() {
    gl_Position = mvpMatrix * vec4(position, 1.0);
    gl_PointSize = size;
}

// 片段著色器
#version 300 es
precision highp float;

uniform vec4 color;

out vec4 fragColor;

void main() {
    // 創建圓形點精靈
    vec2 coord = gl_PointCoord * 2.0 - 1.0;
    float dist = length(coord);
    
    // 如果在圓外則丟棄片段
    if (dist > 1.0) {
        discard;
    }
    
    // 添加圓形漸變效果
    float alpha = smoothstep(1.0, 0.0, dist);
    fragColor = vec4(color.rgb, color.a * alpha);
}

版本差異注意事項

• GLSL 130 以前使用 gl_FragColor 作為片段著色器輸出
• GLSL 150+ 推薦使用自定義輸出變數而非 gl_FragColor
• GLSL ES 3.00+ 必須使用自定義輸出變數
• 某些變數（如 gl_ClipDistance）僅在桌面 GL 中可用
• 現代 OpenGL 建議儘量減少對內置變數的依賴，使用用戶定義的輸入/輸出和 uniform 變數

其他重要內置變數