着色器——图形卡上的程序

着色器(shader)这个词带有一定的误导性。最初的着色器程序主要用于处理组成每个多边形表面的像素，以便为模型着色。但是随着时间推移，着色器程序的功能已经被扩展，现在还可以修改顶点属性、创建新顶点，甚至完成一般的操作。

着色器与运行在CPU上的普通程序具有不同的工作方式。着色器程序在大量的元件上同时执行，这意味着着色器程序是大规模并行程序，而运行在CPU上的程序一般则是串行运行的，一次只有一个实例运行。着色器程序非常适合对构成3D世界的像素和顶点的集合执行操作。

目前共有3类着色器，分别是顶点着色器、几何着色器和像素着色器，每种着色器都只能执行特定的操作。顶点着色器处理顶点，像素着色器处理像素，几何着色器处理图元。为了降低复杂性，并使硬件制造商可以更高效地进行优化，所有这些着色器都被一种叫统一着色器(unified shader)的着色器替代了。

着色器通过运行在图形卡上的特殊语言进行编程。目前，这些语言比C++低级得多(更别提C#了)。OpenGL有一门叫做GLSL(OpenGL Shading Language，OpenGL着色语言)的着色语言，它与C语言有些类似，但是有大量用于处理向量和矩阵的特殊操作。DirectX也有自己的着色语言，叫做HLSL(High Level Shading Language，高级着色语言)。两种语言十分类似。让人更加困惑的是，除了这两种语言以外，还有一种叫做Cg的语言，它由Microsoft和Nvidia开发，与HLSL有些类似。

游戏中的着色器非常适合创建需要进行大量计算的特殊效果，如视差贴图的光照。当前的技术使得着色器程序几乎不能用于其他用途。本书主要介绍游戏编程，由于可编程流水线是一个很大的主题，所以不会讨论该技术。如果对此主题感兴趣，可以参阅附录A部分，那里介绍了几本非常好的书籍。

着色器的一种趋势是用于一般性的并行编程任务，而不只是处理图形。例如，Nvidia PhysX库允许在GPU而非CPU上完成物理计算，从而得到更佳的性能。PhysX是用另外一种叫做CUDA的着色器语言编写的，但是CUDA与其他着色器语言有一些不同，这种语言不怎么关注像素和顶点，而是更关注一般目的的并行编程。假设在游戏中要模拟一个城市，并且有一个非常新奇的并行算法可以更新城市中的全部居民，那么这种计算在GPU上可以更快地执行，而CPU就可以被解放出来，执行其他任务。CUDA通常用于科学研究项目，因为这是利用强大的计算能力的一种廉价的方式。使用CUDA的应用程序包括量子化学计算、心肌模拟和黑洞建模。

2.4  Tao框架

Tao框架是C#使用OpenGL库的一种方式。Tao包装了许多C库(见表2-1)，并使得在C#中使用这些函数变得很简单。Tao中还绑定了Mono，所以也可以用在Linux和Mac中。

通过Tao，C#不只可以使用OpenGL，还可以使用其他一些有用的库。