The Book of Shaders by Patricio Gonzalez Vivo & Jen Lowe

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シェーダーを使う

この本を書くに当たり自分自身の練習も兼ねて、シェーダーを書いて表示したり、シェアしたり、まとめたりする為のツールを作成しました。このツールはLinux Desktop、 MacOs、RaspberryPiやブラウザ上で同じように動作します。あなたのコードを書き換える必要はありません。

表示する: この本のすべてのサンプルはglslCanvasを使って表示されています。glslCanvasを使うとシェーダーを単体で、とても簡単に走らせることができます。

<canvas class="glslCanvas" data-fragment-url=“yourShader.frag" data-textures=“yourInputImage.png” width="500" height="500"></canvas>

ご覧の通り、必要なのは class="glslCanvas" を指定した canvas 要素に data-fragment-urlでシェーダーのURLを指定することだけです。詳しくはこちらをご覧ください。

もしあなたが私のような人だったら、コンソールから直接シェーダーを走らせたいと思うでしょう。その場合はglslViewerを試してみてください。このアプリケーションを利用するとImageMagicを使うのと同じような方法で、シェーダーをbashスクリプトやUNIXパイプラインで使うことができます。glslViewerRaspberryPiでシェーダーをコンパイルするのにとても便利なので、openFrame.ioでもglslViewerをシェーダーによる作品の表示に使っています。詳しくはこちらをご覧ください。

glslViewer yourShader.frag yourInputImage.png —w 500 -h 500 -s 1 -o yourOutputImage.png

作成する: シェーダーのコーディングを簡単にするため、glslEditorというオンラインのエディターを用意しました。このエディターはこの本のサンプルにも埋め込まれています。glslEditorには幾つもの便利なウィジェットが備わっていて、直接触って具体的に結果を見ることで、抽象的なglslのコーディングをより理解しやすくしてくれます。editor.thebookofshaders.com/から単体で使うこともできます。詳しくはこちらをご覧ください。

もしオフラインでSublimeTextを使って作業したい場合はこのglslViewerのパッケージをインストールすることもできます。詳しくはこちらをご覧ください。

シェアする: オンラインのglslEditorを使うとあなたのシェーダーをシェアすることもできます。ページに埋め込まれたものもスタンドアローン版にもexportボタンがあり、あなたのシェーダーのURLを取得することができます。また、openFrame.ioに直接シェアすることもできます。

まとめる: コードをシェアしてあなたのシェーダーを作品として共有しましょう。openFrame.ioに書き出す以外にも、あなたのシェーダーをまとめてウェブサイトに埋め込むことのできるツールを用意しました。このツールはglslGalleryと呼ばれています。詳しくはこちらをご覧ください.

好みのフレームワークでシェーダーを実行する

もしProcessingThree.jsOpenFrameworksなどのフレームワークを使ったブログラミングの経験があるならば、慣れ親しんだ環境でシェーダーを試してみたいと思うでしょう。下記では人気のあるこれらのフレームワークで、この本で紹介するシェーダーを実行できるように設定する方法をお見せします(この本のGitHubのリポジトリにはこれら3つのフレームワークのためのソースコードが丸ごと置いてあります)。

Three.jsを使う

謙虚で才気あふれるRicardo Cabello(MrDoob)その他のメンバーによって開発されたThree.jsは、おそらく最も良く知られたWebGLのフレームワークのひとつです。このJavascriptのライブラリを使って3Dグラフィックを作る方法を学べる、サンプルやチュートリアル、本も沢山あります。

下記はシェーダーをThree.jsで使うために必要なHTMLとJavascriptのサンプルです。id="fragmentShader"と書かれたスクリプトに注目してください。ここに、この本に登場するシェーダーをコピーして実行することができます。

<body>
    <div id="container"></div>
    <script src="js/three.min.js"></script>
    <script id="vertexShader" type="x-shader/x-vertex">
        void main() {
            gl_Position = vec4( position, 1.0 );
        }
    </script>
    <script id="fragmentShader" type="x-shader/x-fragment">
        uniform vec2 u_resolution;
        uniform float u_time;

        void main() {
            vec2 st = gl_FragCoord.xy/u_resolution.xy;
            gl_FragColor=vec4(st.x,st.y,0.0,1.0);
        }
    </script>
    <script>
        var container;
        var camera, scene, renderer;
        var uniforms;

        init();
        animate();

        function init() {
            container = document.getElementById( 'container' );

            camera = new THREE.Camera();
            camera.position.z = 1;

            scene = new THREE.Scene();

            var geometry = new THREE.PlaneBufferGeometry( 2, 2 );

            uniforms = {
                u_time: { type: "f", value: 1.0 },
                u_resolution: { type: "v2", value: new THREE.Vector2() },
                u_mouse: { type: "v2", value: new THREE.Vector2() }
            };

            var material = new THREE.ShaderMaterial( {
                uniforms: uniforms,
                vertexShader: document.getElementById( 'vertexShader' ).textContent,
                fragmentShader: document.getElementById( 'fragmentShader' ).textContent
            } );

            var mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );
            scene.add( mesh );

            renderer = new THREE.WebGLRenderer();
            renderer.setPixelRatio( window.devicePixelRatio );

            container.appendChild( renderer.domElement );

            onWindowResize();
            window.addEventListener( 'resize', onWindowResize, false );

            document.onmousemove = function(e){
              uniforms.u_mouse.value.x = e.pageX
              uniforms.u_mouse.value.y = e.pageY
            }
        }

        function onWindowResize( event ) {
            renderer.setSize( window.innerWidth, window.innerHeight );
            uniforms.u_resolution.value.x = renderer.domElement.width;
            uniforms.u_resolution.value.y = renderer.domElement.height;
        }

        function animate() {
            requestAnimationFrame( animate );
            render();
        }

        function render() {
            uniforms.u_time.value += 0.05;
            renderer.render( scene, camera );
        }
    </script>
</body>

Processingを使う

Ben FryCasey Reasが2001年に開発を始めたProcessing はコーディングを始めるのに最適な、驚くほどシンプルでパワフルな開発環境です(少なくとも私にとってはそうでした)。Andres ColubriはopenGLとビデオに関する重要なアップデートを行いました。これによってProcessingでのシェーダーの使用が今まで以上に簡単になりました。Processingのスケッチは data フォルダーからシェーダーを検索します。このフォルダーにサンプルコードをコピーして shader.frag と名前を付けてください。

PShader shader;

void setup() {
  size(640, 360, P2D);
  noStroke();

  shader = loadShader("shader.frag");
}

void draw() {
  shader.set("u_resolution", float(width), float(height));
  shader.set("u_mouse", float(mouseX), float(mouseY));
  shader.set("u_time", millis() / 1000.0);
  shader(shader);
  rect(0,0,width,height);
}

シェーダーを2.1以前のバージョンで使うには、最初に #define PROCESSING_COLOR_SHADER を追加する必要があります。つまり以下の様なプログラムになります。

#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif

#define PROCESSING_COLOR_SHADER

uniform vec2 u_resolution;
uniform vec3 u_mouse;
uniform float u_time;

void main() {
    vec2 st = gl_FragCoord.st/u_resolution;
    gl_FragColor = vec4(st.x,st.y,0.0,1.0);
}

Processingでシェーダーを使う方法についてより詳しく知りたい場合は、このチュートリアルを参照してください。

openFrameworksを使う

誰にでも落ち着ける場所があるものです。私にとっては今でもopenFrameworksのコミュニティがそうです。このC++のフレームワークは、openGLやその他のC++のライブラリを内包して使いやすくしてくれます。様々な意味でProcessingに似ていますが、C++のコンパイラを扱う分だけ明らかに複雑です。openFrameworksはProcessingと同様に data フォルダー以下のシェーダーのファイルを検索します。サンプルを shader.frag にコピーして読み込むようにしてください。

void ofApp::draw(){
    ofShader shader;
    shader.load("","shader.frag");

    shader.begin();
    shader.setUniform1f("u_time", ofGetElapsedTimef());
    shader.setUniform2f("u_resolution", ofGetWidth(), ofGetHeight());
    ofRect(0,0,ofGetWidth(), ofGetHeight());
    shader.end();
}

openFrameworksでシェーダーを使う方法についてより詳しく知りたい場合はJoshua Noble素晴らしいチュートリアル を参照してください。