Shaderohjelmia

Shaderohjelmia ovat GPU:lla suoritettavia pieniä ohjelmia, joiden avulla ohjataan grafiikan piirto-ohjelmointiputkea. Ne määrittelevät muun muassa, miten kolmiulotteinen geometria muunnetaan ruudulle, miten värit ja valaistus lasketaan sekä millaisia jälkikäsittelytehosteita näytölle sovelletaan. Shader-ohjelmistoja käytetään laajasti reaaliaikaisessa renderöinnissä, peleissä, 3D-visuaalisessa analyysissä ja visuaalisissa tehosteissa.

Shaderien tyypit ja vaiheistus ovat osa grafiikkaputkea. Yleisimpiä shader-tyyppejä ovat vertex shader, joka käsittelee jokaisen kärjen sijaintia, fragment shader (edellinen nimi pixel shader), joka laskee lopullisen pikselivärin, sekä geometry shader, tessellation shader -pariskunta sekä compute shader, joka suorittaa yleisiä laskentatehtäviä GPU:lla ilman suoraa piirto-operaatiota. Nykyisissä putkissa voi olla myös valittu tessellation ja mahdollisesti ray tracing -novelluksia valjastavia shader-tyyppejä.

Kielien ja alustojen kirjo: shader-ohjelmia kirjoitetaan tavallisesti shading-kielillä kuten GLSL (OpenGL, Vulkanin GLSL ES -imu), HLSL (DirectX/DXIL), Cg (aiemmin käytetty NVIDIA:n) sekä SPIR-V:ksi käännettyinä välitasoina. Vulkan, DirectX, OpenGL sekä WebGL tarjoavat omat tapansa koota, kääntää ja sitoa shader-ohjelmat grafiikkaputkeen. OpenGL:ssä shader-ohjelmat kootaan ja linkitetään ohjelmiksi, kun taas Vulkanissa määritellään kokonainen grafiikkaputkikeila (graphics pipeline), joka sisältää erilaiset shader-staget.

Käyttö ja optimointi: shader-ohjelmia käytetään muun muassa valaistuksen, materiaalien, tekstuurien ja jälkikäsittelyn luomiseen sekä GPGPU-tehtäviin compute-shaderien avulla. Kehitys ja optimointi keskittyvät usein lohkon määrän, haarautuvuuden ja muistinkäytön hallintaan sekä laitteistokohtaisiin rajoitteisiin. Debuggaus- ja profilointityökalut sekä online-kokeilualustat kuten ShaderToy tukevat oppimista ja nopeaa iterointia.