Lenguaje de sombreado

El lenguaje de sombreado RenderMan ^{[ 1 ]} (RSL o SL, para abreviar), definido en la especificación de la interfaz RenderMan , es un lenguaje de sombreado común para renderizado con calidad de producción. También es uno de los primeros lenguajes de sombreado que se implementaron.

Define seis tipos principales de sombreadores:

• Los sombreadores de fuentes de luz calculan el color de la luz emitida desde un punto de una fuente de luz a un punto de una superficie objetivo.
• Los sombreadores de superficie modelan el color y la posición de los puntos en la superficie de un objeto, basándose en la luz incidente y las propiedades físicas del objeto.
• Los sombreadores de desplazamiento manipulan la geometría de la superficie independientemente del color.
• Los sombreadores de deformación transforman todo el espacio. Solo una implementación de RenderMan, el renderizador AIR de SiTex Graphics, implementó este tipo de sombreador, que solo admite una única transformación lineal aplicada al espacio.
• Los sombreadores de volumen manipulan el color de la luz a medida que pasa a través de un volumen. Crean efectos como la niebla .
• Los sombreadores de imagen describen una transformación de color a valores de píxeles finales. Esto es similar a un filtro de imagen , con la diferencia de que el sombreador de imagen opera sobre datos antes de la cuantización . Dichos datos tienen un rango dinámico y una resolución de color mayores que los que puede mostrar un dispositivo de salida típico.

El lenguaje de sombreado Houdini VEX (Vector Expressions) (a menudo abreviado como "VEX") se basa en gran medida en RenderMan. Sin embargo, su integración en un paquete 3D completo permite que el creador del sombreador acceda a la información interna del mismo, una característica que no suele estar disponible en un contexto de renderizado. Las diferencias entre RSL y VEX son principalmente sintácticas, además de las diferencias en los nombres de varias operaciones de sombreado . ^{[ 2 ]}

El lenguaje de sombreado de Gelato , ^{[ 3 ]} al igual que VEX de Houdini , está inspirado en RenderMan. Las diferencias entre el lenguaje de sombreado de Gelato y RSL son principalmente sintácticas: Gelato usa punto y coma en lugar de comas para separar los argumentos en las definiciones de funciones y algunas operaciones de sombreado tienen nombres y parámetros diferentes.

El Open Shading Language (OSL) fue desarrollado por Sony Pictures Imageworks para su uso en Autodesk Arnold Renderer. También lo utiliza Cycles, el motor de renderizado de Blender . Los sombreadores de superficie y volumen de OSL definen cómo las superficies o los volúmenes dispersan la luz, lo que permite el muestreo de importancia; por lo tanto, es ideal para renderizadores basados ​​en la física que admiten el trazado de rayos y la iluminación global .

El OpenGL Architecture Review Board estableció el lenguaje ensamblador ARB en 2002 como un conjunto de instrucciones de bajo nivel estándar para procesadores gráficos programables. ^{[ 4 ]}

Los lenguajes de sombreado de alto nivel de OpenGL suelen compilarse a lenguaje ensamblador ARB para su carga y ejecución. A diferencia de estos lenguajes, el ensamblador ARB no admite el flujo de control ni las bifurcaciones. Sin embargo, se sigue utilizando cuando se requiere portabilidad entre diferentes GPU.

También conocido como GLSL o glslang , este lenguaje de sombreado estandarizado está diseñado para usarse con OpenGL . ^{[ 5 ]}

El lenguaje unifica el procesamiento de vértices y fragmentos en un único conjunto de instrucciones, permitiendo bucles y bifurcaciones condicionales . GLSL fue precedido por el lenguaje ensamblador ARB . ^{[ 6 ]}

El lenguaje Cg , desarrollado por Nvidia , ^{[ 7 ]} fue diseñado para una integración fácil y eficiente en la cadena de producción. Ofrece independencia de API y viene con muchas herramientas gratuitas.para mejorar la gestión de activos. El desarrollo de Cg se detuvo en 2012 y el lenguaje ahora está obsoleto.

El lenguaje ensamblador de sombreadores en Direct3D 8 y 9 es el lenguaje de programación principal para los sombreadores de vértices y píxeles en Shader Model 1.0/1.1, 2.0 y 3.0. Es una representación directa del código de bytes intermedio del sombreador que se pasa al controlador gráfico para su ejecución.

El lenguaje ensamblador de sombreadores no se puede utilizar directamente para programar Shader Model 4.0, 4.1, 5.0 y 5.1 unificados, aunque conserva su función como representación del código de bytes intermedio para fines de depuración. ^{[ 8 ]}

El lenguaje de sombreado de alto nivel (HLSL) es un lenguaje de sombreado estilo C para DirectX 9 y versiones posteriores, así como para consolas de videojuegos Xbox. Está relacionado con Cg de Nvidia, pero solo es compatible con DirectX y Xbox. Los programas HLSL se compilan en código de bytes equivalente al lenguaje ensamblador de sombreado de DirectX.

HLSL se introdujo como una alternativa opcional al lenguaje ensamblador de sombreadores en Direct3D 9, pero se convirtió en un requisito en Direct3D 10 y versiones posteriores, donde el lenguaje ensamblador de sombreadores está obsoleto.

Adobe Systems añadió Pixel Bender como parte de la API de Adobe Flash 10. Pixel Bender solo podía procesar datos de píxeles, pero no de vértices 3D. Flash 11 introdujo una API 3D completamente nueva llamada Stage3D , que utiliza su propio lenguaje de sombreado llamado Adobe Graphics Assembly Language (AGAL), que ofrece compatibilidad total con la aceleración 3D. ^{[ 9 ] [ 10 ]} La aceleración por GPU para Pixel Bender se eliminó en Flash 11.8. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

AGAL es un lenguaje de sombreado de bajo nivel pero independiente de la plataforma, que se puede compilar, por ejemplo, al lenguaje ensamblador ARB o GLSL .

Sony anunció PlayStation Shader Language (PSSL) como un lenguaje de sombreado similar a Cg/HLSL, pero específico para PlayStation 4. Se dice que PSSL es en gran medida compatible con el lenguaje de sombreado HLSL de DirectX 12, pero con características adicionales para las plataformas PS4 y PS5. ^{[ 13 ]}

Apple ha creado una API gráfica de bajo nivel , llamada Metal , que se ejecuta en la mayoría de los Mac fabricados desde 2012, iPhones desde el 5S y iPads desde el iPad Air . Metal tiene su propio lenguaje de sombreado llamado Metal Shading Language (MSL), que se basa en C++14 y se implementa usando clang y LLVM . MSL unifica el procesamiento de vértices, fragmentos y cómputo. ^{[ 14 ]}

El lenguaje de sombreado WebGPU (WGSL) es el lenguaje de sombreado para WebGPU . Es decir, una aplicación que utiliza la API de WebGPU utiliza WGSL para expresar los programas, conocidos como sombreadores, que se ejecutan en la GPU. ^{[ 15 ]}