High Level Shading Language

HLSL

HLSL (High Level Shading Language) bezeichnet die DirectX-Komponente, die die Programmierung von Shader-Bausteinen ermöglicht.

Shader-Sprachen

Unter Shading wird in der Computergrafik die Veränderung einzelner Vertices bzw. Fragmente innerhalb der Grafikpipeline bezeichnet. Dabei wird bevorzugt direkt auf der Hardware gearbeitet, was die Verwendung von Assembler nötig macht. Alternativ können auch Software-seitige Shader-Emulationen durchgeführt werden, z.B. für den Fall dass die Hardware keine direkt unterstützenden Bausteine für einzelne Funktionen bietet. Die Programmierung mit Assembler ist jedoch recht unpraktisch und fehleranfällig. Diesen Umstand sollen High Level Shading Languages beheben. Sie stellen hochsprachliche Strukturen zur Verfügung, die die Programmierung vereinfachen und damit dem Programmierer ermöglichen, sich auf sein Ziel zu konzentrieren. Ein Compiler übersetzt den Code der Hochsprache in Maschinensprache für den Grafikprozessor.

Sprach-Elemente

HLSL bietet keine OOP Ansätze wie andere Sprachen, ist ansonsten sehr an C orientiert aber mit deutlich mehr Benutzerkomfort.

Globale Shader Parameter

Parameter die an einen Shader übergeben werden steht in HLSL global im kompletten Code zur Verfügung und werden außerhalb von Methoden oder Structs geschrieben, meist zu Beginn des Codes.

float4x4 world;
float4x4 view;
float4x4 proj;
float4x4 worldViewProj;
float3 lightDir;

Input/Output Structs

Man kann natürlich jeden Parameter einzeln in die Parameterliste einer Shader-Methode schreiben, in der Praxis sind jedoch einheitliche Structs üblich um Schreibarbeit zu sparen und für mehr Übersichtlichkeit zu sorgen.

struct MyShaderIn
{
    float3 pos;
    float4 normal;
    float4 tangent;
}

struct MyShaderOut
{
    float4 pos;
    float4 normal;
    float4 tangent;
}

Der "In-Struct" gibt die Datenstruktur an wie sie vom Drahtgittermodel in den Shader gereicht wird, also an den VertexShader. Dieser verarbeitet die Daten und gibt einen "Out-Struct" als Rückgabetyp zurück. Dieser wird dann an den PixelShader weitergereicht, der am Ende nurnoch einen float4 oder ähnliches zurückgibt, mit der entgültigen Pixelfarbe.

Vertex/Pixel Shader Methode

Für Vertex- und PixelShader muss eine Methode vorhanden seien. Diese nimmt eine Datenstruktur auf und verarbeitet sie entsprechend.

MyShaderOut MyVertexShader(MyShaderIn In)
{
    ...
}

float4 MyPixelShader(MyShaderOut In)
{
    ...
}

Techniques

Zuletzte müssen die definierten Methoden in Form von Techniken und Durchläufen zugeordnet werden, damit sie vom Compiler entsprechend umgesetzt werden.

technique MyTechnique
{
    pass Pass0
    {
        VertexShader = compile vs_1_1 MyVertexShader();
        PixelShader = compile ps_1_1 MyPixelShader();
    }
}

Vertreter

• HLSL in DirectX
• Renderman (Shading Language der Pixar Animation Studios)
• CG (C für Grafik)
• OpenGL Shading Language