Interface的力量！！(Cg Shader Language)

Dear All:
這幾天看了GPU Gems Ch32之後開始注意Cg裡Interface的功能，上網google了一下資料還真少，除了Cg User manual之外幾乎沒有甚麼進一步的Example，既然這麼少那就讓小弟稍微整理下這幾天將此功能整合進PackedGL的心得吧！

首先，甚麼是Interface？我們用C++裡的抽象類別來解釋，抽象類別就是定義介面而不實做，對於User來說它只需要知道怎麼用就好，而其中的實做就交由開發人員來負責，最常看到的地方可能是Library裡，舊版本的實作可能比較慢，給個範例：

class Basic
{
public:
    // User use this, no need to know how to implement.
    virtual int pow( int Base, int Power ) = 0;       
};

class A : public Basic
{
public:
    virtual int pow( int Base, int Power )
   {
         while(Power!=0) {  Base *= Base; Power--; }
         return Base ;
    }
};

class B : public Basic
{
public:
    virtual int pow( int Base, int Power ) { return std::pow(Base, Power); }
}

Interface這個概念讓Sahder code也可以有如同上述的功能，定意好整個Shade的framework(抽象類別)之後，再採取不同的實作方式，達到不同的Rendering的效果，來看範例：

uniform sampler texture;
interface Color
{
    float4 Cal( float4 color );
};

struct NegativeColor : Color
{
    float4 Cal( float4 color ) { return (1.0 - color); }
}

struct BrightnessColor : Color
{
    float4 Cal( float4 color )
   {
        float B = (0.2126*color.r) + (0.7152*color.g) + (0.0722*color.b);
        return float4( B, B, B, 1.0 );
    }
}

float4 PixelMain( VertexOUT In, uniform Color C ) : COLOR
{
    return C.Cal( tex2D( texture, In.texcoord ) );
}

當使用這個PixelShader的時，可以依據狀況選擇Rendering的結果是“負片效果”或者“灰階效果”，基本上使用的還是同一個PixelMain為Sahder的進入點。神奇吧！！說穿了其實Cg只是幫你做這件事：

//果是負片效果，source code會被替換成：
float4 PixelMain( VertexOUT In, uniform Color C ) : COLOR
{
    return (1.0 - color);
}

//如果是灰階效果，source code會被替換成：
float4 PixelMain( VertexOUT In, uniform Color C ) : COLOR
{
    float B = (0.2126*color.r) + (0.7152*color.g) + (0.0722*color.b);
    return float4( B, B, B, 1.0 );
}

只要將Sahder的架構定義好，根據物件上的Material屬性，隨時切換至實作模式，就可以達到所需的效果，這辦法在很多Shader系統中都看的到，差別在Cg提供了內建的方法幫你完成這件事，如果是使用HLSL或者GLSL，你必須自行對Shader code(文字檔)做操作，在適當的時間點做Sahder code的替換

至於要App中Cg提供了哪些API來達成這件事呢？首先必須先將Compile調成手動Compile模式，cgSetAutoCompile(context, CG_COMPILE_MANUAL);，因為在未選定實做模式前Shader code是不完整的，無法Cpmile成功是必然的，接下來透過：

CGtype nrmType = cgGetNamedUserType( prog, "NegativeColor " );
CGparameter stdNorm = cgCreateParameter( context, nrmType );

拿到NegativeColor的handler，接著將實做與Interface做連結：

CGparameter normIface = cgGetNamedParameter(prog, "Color");
cgConnectParameter(stdNorm, normIface);

完成以上動作後一個完整的Sahdre code就完成了，最後就手動呼叫cgCompileProgram(prog);

References:
GPU Gems: Chapter 32. An Introduction to Shader Interfaces
GPU Gems: Chapter 36. Integrating Shaders into Applications
GPU Gems2: Chapter 13. Implementing the mental images Phenomena Renderer on the GPU
ShaderX 6: 8.1 A Flexible Material System in Design by Maxime Beaudoin