The Book of Shaders: Running your shader

Запуск шейдера

В процессе создания этой книги и просто из любви к искусству я создал набор инструментов для создания, отображения, опубликования и сопровождения шейдеров. Эти инструменты работают одинаково на Linux, MacOS, Raspberry Pi и в браузерах без переписывания кода.

Отображение: все интерактивные примеры в книге показываются с помощью glslCanvas, который делает процесс запуска отдельных шейдеров невероятно простым.

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

Как видите, для этого нужен всего лишь элемент canvas с классом class="glslCanvas" и URL шейдера в свойстве data-fragment-url. Подробнее о нём можно узнать здесь.

Если вы разделяете мой подход к разработке, вам возможно захочется запускать шейдеры напрямую из консоли, в чём вам поможет glslViewer. Это приложение позволяет встраивать шейдеры в bash-скрипты или конвейер unix, и может использоваться по аналогии с ImageMagick. Так же, glslViewer - отличный способ скомпилировать шейдеры на Raspberry Pi, и поэтому он используется на openFrame.io для демонстрации шейдеров. Подробнее с этим приложением можно познакомиться здесь.

glslViewer yourShader.frag yourInputImage.png —w 500 -h 500 -E screenshot,yourOutputImage.png

Создание: чтобы сделать опыт создания шейдеров более ярким, я сделал онлайн-редактор glslEditor. Этот редактор используется для демонстрации интерактивных примеров в книге и предоставляет набор виджетов, делающих абстрактный код на GLSL более осязаемым. Его так же можно запустить в отдельном веб-приложении по адресу editor.thebookofshaders.com. Подробнее о редакторе здесь.

Если вы предпочитаете работать оффлайн в редакторе SublimeText, вы можете установить пакет для glslViewer. Подробнее здесь.

Публикация: онлайн-редактор (editor.thebookofshaders.com/) может опубликовать ваш шейдер! Как встраиваемая, так и отдельная версия содержат кнопку «экспорт», которая выдаёт уникальные URL каждому шейдеру. Так же есть возможность выгружать шейдеры сразу на openFrame.io.

Сопровождение: Публикация кода - это только первый шаг на пути вашего шейдера в качестве художественного произведения. Помимо возможности экспорта на openFrame.io, я создал инструмент glslGallery для размещения шейдеров в галерее, которую можно встроить на любой сайт. Подробнее здесь.

Запуск шейдера в вашем любимом фреймворке

Если у вас уже есть опыт программирования на таких фреймворках, как Processing, Three.js, OpenFrameworks или SFML, вы можете попробовать шейдеры прямо в них. Ниже показаны способы установки используемых в книге uniform-переменных на некоторых популярных фреймворках. В репозитории этой главы на Гитхабе вы найдёте полный исходный код для этих трёх фреймворков.

Three.js

Рикардо Кабелло (aka MrDoob ) и группа единомышленников разработали один из лучших WebGL-фреймворков под названием Three.js. Там вы найдёте множество примеров, учебных курсов и книг с помощью которых можно создавать крутую 3D-графику на JavaScript.

Ниже вы видите минимальный пример HTML и JS-кода, позволяющего начать использовать шейдеры на three.js. Обратите внимание на скрипт с id="fragmentShader". Именно благодаря ему вы можете копировать шейдеры из книги.

<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, clock;
        var uniforms;

        init();
        animate();

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

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

            scene = new THREE.Scene();
            clock = new THREE.Clock();

            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 += clock.getDelta();
            renderer.render( scene, camera );
        }
    </script>
</body>

Processing

Processing - необычайно простая и мощная среда, созданная Беном Фраем и Кэси Рис в 2001 году. Она хорошо подходит для того, чтобы сделать ваши первые шаги в программировании (по крайней мере, так было у меня). Андре Колубри добавил в Processing поддержку OpenGL и видео, из-за чего играть с шейдерами в ней стало проще простого. Processing ищет файл с именем shader.frag в папке data вашего скетча. Таким образом, вы можете просто скопировать пример отсюда и переименовать файл.

PShader shader;

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

  shader = loadShader("shader.frag");
  shader.set("u_resolution", float(width), float(height));
}

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

Чтобы шейдеры запустились на версиях ниже 2.1, добавьте строку #define PROCESSING_COLOR_SHADER в начало шейдера. В итоге, код шейдера будет выглядеть примерно так:

#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);
}

Более подробную информацию о шейдерах в Processing ищите в этом руководстве.

openFrameworks

У каждого человека есть место, где ему комфортно, и для меня таковым остаётся сообщество openFrameworks. Этот C++-фреймворк является обёрткой для OpenGL и других библиотек на C++. Он во многом похож на Processing с поправкой на особенности использования компиляторов языка C++. Как и Processing, openFramework ищет шейдеры в папке data, поэтому не забудьте скопировать в него и файлы с расширением .frag и переименовывать их перед использованием.

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();
}

За более подробной информацией о шейдерах в openFrameworks обратитесь к этому руководству от Joshua Noble.