[发明专利]一种跨平台模块化的着色器语言通用集成方法

说明书

本发明公开了一种跨平台模块化的着色器语言通用集成方法，包括，定义宏定义解析文件的格式与语法，创建宏定义解析文件；创建语法解析器Shader‑X，使用Shader‑X解析器预编译着色器文件；解析宏定义解析文件，生成宏定义结果集合，根据宏定义结果集合生成宏定义结果有序列表；分别计算宏定义结果有序列表的哈希值，分别根据宏定义结果生成宏定义结果所对应平台的着色器文件，通过Shader‑X解析器将着色器文件预编译为二进制文件，并通过宏定义结果的哈希值以及平台对二进制文件进行标记；渲染程序根据宏定义结果有序列表的哈希值以及平台，定位二进制文件并执行。实现同一着色器代码可在不同平台使用，无需在线编译，支持模块化编程方案，提高着色器编程效率。

技术领域

本发明涉及图像渲染技术领域，尤其涉及一种跨平台模块化的着色器语言通用集成方法。

背景技术

图像渲染是将三维的光能传递处理转换为一个二维图像的过程。场景和实体用三维形式表示，更接近于现实世界，便于操纵和变换，而图形的显示设备大多是二维的光栅化显示器和点阵化打印机。从三维实体场景的表示N维光栅和点阵化的表示就是图像渲染——即光栅化。光栅显示器可以看作是一个像素矩阵，在光栅显示器上显示的任何一个图形，实际上都是一些具有一种或多种颜色和灰度象素的集合。

着色器语言Shader Language目前主要有3种语言：基于OpenGL的OpenGL ShadingLanguage，简称GLSL；基于DirectX的High Level Shading Language,简称HLSL；还有Metal语言，具体如下：

OpenGL(全写Open Graphics Library)是一个定义了跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业图形程序接口。它用于三维图像(二维亦可)，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。

DirectX(Direct eXtension，简称DX)是由微软公司创建的多媒体编程接口。由C++编程语言实现，遵循COM。被广泛适用于Microsoft Windows、Microsoft XBOX、MicrosoftXBOX 360和Microsoft XBOX ONE电子游戏开发，并且只能支持这些平台。

Metal提供对图形处理器(GPU)的接近直接访问，能最大程度地发挥iOS、macOS和Apple tvOS app中的图形和计算潜能。Metal构建于易用的低开销架构之上，而且提供预编译的GPU着色器和精细的资源控制，并支持多线程处理。目前，在图像渲染API中，不同平台分别对应了不同的着色器语言(Shader Language)，这些着色语言不兼容，如：Windows平台使用DirectX，其他平台基本都是基于OpenGL，移动端平台出于性能考虑使用GLSL的一个子集——GLES，除此之外，Metal及Vulkan等API也应运而生。如此众多的图形API接口都提供了各自的着色器语言，在进行跨平台开发时，同一个功能需要针对多个平台编写多份着色器程序，使得编程效率低下。

为了解决跨平台的渲染问题，目前比较主流的的解决方案为编写GLSL程序,再利用glslang编译器将GLSL编译成一种“中间表示语言”SPIR-V，再利用SPIRV-Cross反编译为各个平台的可使用的Shader，如GLSL/HLSL/MSL等。此方案利用SPIR-V作为中间语言编写一份着色器程序，以实现跨平台。

现有技术存在以下缺陷：第一，将GLSL编译成SPIR-V有使用限制，即在实际的使用过程中，着色器需要根据宏定义设置参数，那么着色器程序只能根据传入的宏定义在线编译生成SPIR-V，然后再反编译为各个平台对应的Shader，这就需要有在线编译和反编译两个步骤，这使得整个渲染过程非常耗时，在渲染引擎中经常是无法直接使用的。第二，着色器不支持如C/C++这种高级语言的模块引入语法，这就导致在编写着色器时，底层共通的代码段不得不分布在各个着色器中，导致程序规模扩大时，难以维护。无法做到模块通用性。

发明内容