Was ist ein Shader?

Ein Shader ist ein kleines Programm, das auf der Grafikverarbeitungseinheit (GPU) ausgeführt wird, um eine bestimmte Aufgabe auszuführen, beispielsweise das Rendern von 3D-Grafiken oder das Anwenden visueller Effekte auf Videos. Shader werden typischerweise in einer speziellen Programmiersprache wie GLSL (OpenGL Shading Language) oder HLSL (High-Level Shading Language) geschrieben und werden verwendet, um die endgültige Farbe jedes Pixels in einem grafischen Bild zu berechnen. Shader können in mehrere Kategorien eingeteilt werden Typen basierend auf ihrem Zweck:

1. Vertex-Shader: Ein Vertex-Shader ist für die Umwandlung der Scheitelpunkte eines 3D-Modells in Bildschirmfläche verantwortlich. Es wird einmal pro Scheitelpunkt ausgeführt und dient zur Durchführung von Transformationen wie Rotation, Skalierung und Translation.
2. Fragment-Shader: Ein Fragment-Shader ist für die Berechnung der endgültigen Farbe jedes Pixels in einem grafischen Bild verantwortlich. Es wird einmal pro Pixel ausgeführt und dient zum Anwenden visueller Effekte wie Texturzuordnung, Beleuchtung und Überblendung.
3. Geometrie-Shader: Ein Geometrie-Shader ist für die Transformation der Geometrie eines 3D-Modells verantwortlich, beispielsweise seiner Scheitelpunkte, Kanten und Flächen. Es wird einmal pro geometrischem Grundelement (z. B. einem Punkt, einer Linie oder einem Dreieck) ausgeführt und zur Durchführung von Transformationen wie Aussortieren, Beschneiden und Morphing verwendet.
4. Tessellations-Shader: Ein Tessellations-Shader ist dafür verantwortlich, eine komplexe Form in kleinere, einfachere Formen aufzuteilen. Es wird einmal pro Kante der Form ausgeführt und dient zur Erstellung detaillierter, hochauflösender Modelle.
5. Compute-Shader: Ein Compute-Shader ist ein spezieller Shader-Typ, der zur Durchführung komplexer Berechnungen für gro+e Datenfelder verwendet wird. Es ist nicht direkt am Rendern von Grafiken beteiligt, sondern wird zur Durchführung von Aufgaben wie Physiksimulationen, prozeduraler Generierung und Datenverarbeitung verwendet.

Shader sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Computergrafiken und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Videospielen bis hin zu Videospielen über wissenschaftliche Visualisierung bis hin zur virtuellen Realität. Sie ermöglichen es Entwicklern, detaillierte, realistische Grafiken zu erstellen und komplexe Phänomene in Echtzeit zu simulieren.