ShaderSprachen

ShaderSprachen sind Programmiersprachen, die zur Beschreibung der programmierbaren Stufen der Grafikkarten-Pipeline verwendet werden. Sie ermöglichen es, Vertex-Transformationen, Beleuchtung, Texturierung und die Ausgabe von Pixeln oder Renderern zu steuern. Typische Shader-Programme laufen auf der GPU und decken Stufen wie Vertex-, Fragment (Pixel)-Shader, Geometrie- und Tessellations-Shader, Compute-Shader sowie spezialisierte Shader für Ray Tracing ab.

Zu den bekanntesten Shader-Sprachen gehören GLSL (OpenGL Shading Language) und HLSL (High-Level Shading Language) für DirectX. Historisch spielte auch Nvidia Cg eine Rolle, ist aber weitgehend veraltet. Für Vulkan- und moderne Rendering-Pipelines wird häufig SPIR-V als Zwischenformat eingesetzt, das aus GLSL oder HLSL generiert wird. Auf Apple-Plattformen kommt Metal Shading Language (MSL) zur Anwendung. WebGL nutzt GLSL ES, eine Variante von GLSL für Embedded Systems.

Sprachen weisen eine C-ähnliche Syntax auf und verwenden Built-in-Variablen, Uniformen, Eingaben, Texturen und Puffern. Programme sind in der Regel klein, per-Vertex oder per-Pixel ausgeführt und werden vom Treiber oder der Laufzeit in gerätespezifische Maschinensprache übersetzt. Je nach API gibt es Feineinstellungen zu Präzision, Format und Render-Zweck.

Der Einsatz von ShaderSprachen ist zentral in der real-time-Grafik, Spiele-Entwicklung und visuellen Effekten. Große Engines unterstützen mehrere Backends und bieten Mechanismen zur Übersetzung oder Abstraktion, um plattformübergreifende Shader zu ermöglichen. Standardisierung und Compiler-Backends unterscheiden sich je nach API, weshalb Entwickler häufig separate Shader-Varianten pflegen oder Übersetzungswerkzeuge nutzen.

Die Shader-Sprachenentwicklung zeigt einen Trend zu mehr Rechenleistung (Compute-Shader), höherer Qualität durch physikalische Lighting-Modelle und Integration von Ray Tracing. Zukünftige Entwicklungen konzentrieren sich auf noch bessere Portabilität über Plattformen hinweg und effizientere Ausführung auf vielfältiger Hardware.