[發明專利]一種跨平臺模塊化的著色器語言通用集成方法

在審

• 申請號: 202111371752.5
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114077433A
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 劉歆寧
• 申請（專利權）人: 大連東軟信息學院
• 主分類號: G06F8/41
• 分類號: G06F8/41;G06T15/00;G06T15/50
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 王丹;陳義華

本發明公開了一種跨平臺模塊化的著色器語言通用集成方法，包括，定義宏定義解析文件的格式與語法，創建宏定義解析文件；創建語法解析器Shader?X，使用Shader?X解析器預編譯著色器文件；解析宏定義解析文件，生成宏定義結果集合，根據宏定義結果集合生成宏定義結果有序列表；分別計算宏定義結果有序列表的哈希值，分別根據宏定義結果生成宏定義結果所對應平臺的著色器文件，通過Shader?X解析器將著色器文件預編譯為二進制文件，并通過宏定義結果的哈希值以及平臺對二進制文件進行標記；渲染程序根據宏定義結果有序列表的哈希值以及平臺，定位二進制文件并執行。實現同一著色器代碼可在不同平臺使用，無需在線編譯，支持模塊化編程方案，提高著色器編程效率。

技術領域

本發明涉及圖像渲染技術領域，尤其涉及一種跨平臺模塊化的著色器語言通用集成方法。

背景技術

圖像渲染是將三維的光能傳遞處理轉換為一個二維圖像的過程。場景和實體用三維形式表示，更接近于現實世界，便于操縱和變換，而圖形的顯示設備大多是二維的光柵化顯示器和點陣化打印機。從三維實體場景的表示N維光柵和點陣化的表示就是圖像渲染——即光柵化。光柵顯示器可以看作是一個像素矩陣，在光柵顯示器上顯示的任何一個圖形，實際上都是一些具有一種或多種顏色和灰度象素的集合。

著色器語言Shader Language目前主要有3種語言：基于OpenGL的OpenGL ShadingLanguage，簡稱GLSL；基于DirectX的High Level Shading Language,簡稱HLSL；還有Metal語言，具體如下：

OpenGL(全寫Open Graphics Library)是一個定義了跨編程語言、跨平臺的編程接口規格的專業圖形程序接口。它用于三維圖像(二維亦可)，是一個功能強大，調用方便的底層圖形庫。

DirectX(Direct eXtension，簡稱DX)是由微軟公司創建的多媒體編程接口。由C++編程語言實現，遵循COM。被廣泛適用于Microsoft Windows、Microsoft XBOX、MicrosoftXBOX 360和Microsoft XBOX ONE電子游戲開發，并且只能支持這些平臺。

Metal提供對圖形處理器(GPU)的接近直接訪問，能最大程度地發揮iOS、macOS和Apple tvOS app中的圖形和計算潛能。Metal構建于易用的低開銷架構之上，而且提供預編譯的GPU著色器和精細的資源控制，并支持多線程處理。目前，在圖像渲染API中，不同平臺分別對應了不同的著色器語言(Shader Language)，這些著色語言不兼容，如：Windows平臺使用DirectX，其他平臺基本都是基于OpenGL，移動端平臺出于性能考慮使用GLSL的一個子集——GLES，除此之外，Metal及Vulkan等API也應運而生。如此眾多的圖形API接口都提供了各自的著色器語言，在進行跨平臺開發時，同一個功能需要針對多個平臺編寫多份著色器程序，使得編程效率低下。

為了解決跨平臺的渲染問題，目前比較主流的的解決方案為編寫GLSL程序,再利用glslang編譯器將GLSL編譯成一種“中間表示語言”SPIR-V，再利用SPIRV-Cross反編譯為各個平臺的可使用的Shader，如GLSL/HLSL/MSL等。此方案利用SPIR-V作為中間語言編寫一份著色器程序，以實現跨平臺。

現有技術存在以下缺陷：第一，將GLSL編譯成SPIR-V有使用限制，即在實際的使用過程中，著色器需要根據宏定義設置參數，那么著色器程序只能根據傳入的宏定義在線編譯生成SPIR-V，然后再反編譯為各個平臺對應的Shader，這就需要有在線編譯和反編譯兩個步驟，這使得整個渲染過程非常耗時，在渲染引擎中經常是無法直接使用的。第二，著色器不支持如C/C++這種高級語言的模塊引入語法，這就導致在編寫著色器時，底層共通的代碼段不得不分布在各個著色器中，導致程序規模擴大時，難以維護。無法做到模塊通用性。

發明內容