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'''C for Graphics''' (Abkürzung: ''Cg'') ist eine von [[Nvidia]] begründete ''High Level [[Shader]] Language'' (nicht zu verwechseln mit [[High Level Shading Language]]) zum Schreiben von [[Vertex-Shader]]-, [[Pixel-Shader]]-, [[Geometry-Shader]]- und [[Tessellation-Shader]]-Programmen. Die Sprache ist weitestgehend unabhängig von der zugrundeliegenden Grafik-[[Programmierschnittstelle|API]]- ([[OpenGL]] und [[DirectX]]) und dem Grafikkartenhersteller (Nvidia und [[ATI Technologies|ATI]]).

== Hochsprache ==
Die Entwicklung einer Shader-Hochsprache wurde dadurch motiviert, dass das Programmieren von Vertex- und Pixel-Shadern in [[Maschinensprache]] recht kompliziert und schnell unübersichtlich ist. Weitere Shader-Hochsprachen sind [[GLSL]], [[GLSL ES]], [[HLSL]] und [[RenderMan]]. Einen anderen Ansatz verfolgt [[Lib Sh|Sh]] als [[Metasprache]].

== Syntax ==
Cg ähnelt von der Syntax her der Programmiersprache [[C (Programmiersprache)|C]]. Bestandteile sind u. a. einfache Datentypen, Arrays, Bedingungen und Schleifen.
Aufgrund der Zusammenarbeit zwischen NVIDIA und Microsoft ist die Syntax von Cg sehr stark an HLSL angelehnt.

== Datentypen ==
* int (32 bit integer)
* float (32 bit floating point)
* half (16 bit floating point)
* fixed (12 bit fixed point, 1-1-10)
* double
* bool
* sampler (für Texturobjekte)
Auf manchen Grafikkarten wird jedoch alles auf float gerechnet.

Hinzu kommen die entsprechenden Vektoren und Matrizen: float2, float3, float4, float4x4.

== Parameter ==
Ausgabe-Parameter werden mit '''out''' gekennzeichnet:
<syntaxhighlight lang="c">
out float4 pos : POSITION; // Eckpunkt, der vom Vertex-Programm weitergegeben wird
out float4 color : COLOR; // Farbe, die vom Vertex-Programm weitergegeben wird
</syntaxhighlight>
Uniform-Parameter werden außerhalb vom Vertex-Programm gesetzt und ändern sich nicht pro Eckpunkt:

z. B. in einem OpenGL-Programm:
<syntaxhighlight lang="c">
CGparameter timeParam = cgGetNamedParameter(vertexProgram, "time");
CGparameter modelviewParam = cgGetNamedParameter(vertexProgram, "modelview");
cgGLSetParameter1f(timeParam, 100);
cgGLSetStateMatrixParameter(modelviewParam, CG_GL_MODELVIEW_MATRIX, CG_GL_MATRIX_IDENTITY);
</syntaxhighlight>

Verwendung dann im Vertex-Programm:
<syntaxhighlight lang="c">
uniform float time;
uniform float4x4 modelview;
</syntaxhighlight>

== Zugriff auf OpenGL State ==
Normalerweise erfolgt der Zugriff über Uniform-Parameter. Diese Parameter müssen im OpenGL-Programm immer neu gesetzt werden. Im Falle eines ARB-Profils ist der Zugriff auf einen OpenGL State möglich, z. B.
<syntaxhighlight lang="c">
glstate.matrix.mvp // Projection * Modelview
</syntaxhighlight>

== Profile ==
Ein weiterer Aspekt ist die Möglichkeit zum Kompilieren für verschiedene Profile. Das sind verschiedene Versionen von Vertex- bzw. Fragment-Programmen, von denen automatisch das bestmögliche für die vorhandene Hardware aktiviert wird:
<syntaxhighlight lang="c">
CGprofile vertexProfile = cgGLGetLatestProfile(CG_GL_VERTEX);
cgGLSetOptimalOptions(vertexProfile);
CGprofile fragmentProfile = cgGLGetLatestProfile(CG_GL_FRAGMENT);
cgGLSetOptimalOptions(fragmentProfile);
</syntaxhighlight>
Profil ausgeben lassen:
<syntaxhighlight lang="c">
cgGetProfileString(fragmentProfile)
</syntaxhighlight>

== Einbindung und Programmierung ==
Die erstellten Programm-Codes können separat kompiliert und als externe Quelle in ein lauffähiges Hochsprachen-Programm (z. B. [[C++]]) eingebunden oder alternativ erst zur Laufzeit übersetzt werden.

Es muss zunächst ein Kontext (Speicher für Programme) erzeugt und dann das Programm kompiliert werden:
<syntaxhighlight lang="cpp">
CGcontext context = cgCreateContext();
CGprogram program = cgCreateProgramFromFile(context, CG_SOURCE, filename, profile, "main", NULL);
cgGLLoadProgram(program); // Programm laden
</syntaxhighlight>

Anschließend erfolgen Aktivierung und Auswahl des Programms:

<syntaxhighlight lang="cpp">
// Profil aktivieren (und Programm aktivieren)
cgGLEnableProfile(CGProfile profile);
…
// Ab hier läuft jeder glVertex() durchs eigene Vertex Program
…
// Profil (und Programm deaktivieren)
cgGLDisableProfile(CGProfile profile)
…
// Ab jetzt läuft wieder jeder glVertex() durch die Standard OpenGL
// Pipeline
…
// Aktuelles Vertex/Fragment Program festlegen
cgGLBindProgram(myVertexProgram);
</syntaxhighlight>

== Vor- und Nachteile ==
=== Vorteil ===
Da Cg sowohl Platform- als auch Grafikschnittstellen-unabhängig ist, muss ein Shader nur einmal in Cg geschrieben werden und
kann für nahezu jedes Render-System verwendet werden.
Arbeitet ein Programmierer mit GLSL und HLSL, müssen Shader-Effekte mehrfach geschrieben werden.

=== Nachteil ===
Während die Cg-Shader auf Grafikkarten mit NVIDIA-GPU (z. B. der [[Nvidia Geforce|GeForce]]-Serie) weitestgehend optimal laufen,
ist die Umsetzung für andere Grafik-Chips, wie denen von AMD (z. B. der [[Radeon]]-Serie) meist eher schlecht.
Darauf haben die anderen Chip-Hersteller – wie eben AMD – jedoch keinen direkten Zugriff, da das Cg-Toolkit nur von NVIDIA entwickelt wird.

== Weblinks ==
* [http://developer.nvidia.com/page/cg_main.html Cg] bei NVIDIA (englisch)

[[Kategorie:C (Programmiersprache)]]
[[Kategorie:Programmiersprache]]

C for graphics - Versionsgeschichte

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