(特价书)OpenGL编程指南（原书第7版）(OpenGL红宝书)

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1.7.1　暂停刷新 14
1.7.2　动画=重绘+交换 15
1.8　OpenGL及其废弃机制 17
1.8.1　OpenGL渲染环境 17
1.8.2　访问OpenGL函数 18
第2章　状态管理和绘制几何物体 19
2.1　绘图工具箱 20
2.1.1　清除窗口 20
2.1.2　指定颜色 22
2.1.3　强制完成绘图操作 23
2.1.4　坐标系统工具箱 24
2.2　描述点、直线和多边形 25
2.2.1　什么是点、直线和多边形 25
2.2.2　指定顶点 27
2.2.3　OpenGL几何图元 27
2.3　基本状态管理 31
2.4　显示点、直线和多边形 32
2.4.1　点的细节 32
2.4.2　直线的细节 33
2.4.3　多边形的细节 36
2.5　法线向量 41
2.6　顶点数组 43
2.6.1　步骤1：启用数组 44
2.6.2　步骤2：指定数组的数据 44
2.6.3　步骤3：解引用和渲染 46
2.6.4　重启图元 51
2.6.5　实例化绘制 53
2.6.6　混合数组 54
2.7　缓冲区对象 57
2.7.1　创建缓冲区对象 57
2.7.2　激活缓冲区对象 58
2.7.3　用数据分配和初始化缓冲区对象 58
2.7.4　更新缓冲区对象的数据值 60
2.7.5　在缓冲区对象之间复制数据 62
2.7.6　清除缓冲区对象 63
2.7.7　使用缓冲区对象存储顶点数组
数据 63
2.8　顶点数组对象 65
2.9　属性组 69
2.10　创建多边形表面模型的一些提示 71
第3章　视图 77
3.1　简介：用照相机打比方 78
3.1.1　一个简单的例子：绘制立方体 80
3.1.2　通用的变换函数 83
3.2　视图和模型变换 84
3.2.1　对变换进行思考 85
3.2.2　模型变换 86
3.2.3　视图变换 89
3.3　投影变换 93
3.3.1　透视投影 94
3.3.2　正投影 95
3.3.3　视景体裁剪 96
3.4　视口变换 96
3.4.1　定义视口 96
3.4.2　变换深度坐标 97
3.5　和变换相关的故障排除 98
3.6　操纵矩阵堆栈 100
3.6.1　模型视图矩阵堆栈 101
3.6.2　投影矩阵堆栈 102
3.7　其他裁剪平面 102
3.8　一些组合变换的例子 104
3.8.1　创建太阳系模型 104
3.8.2　创建机器人手臂 107
3.9　逆变换和模拟变换 109
第4章　颜色 113
4.1　颜色感知 113
4.2　计算机颜色 114
4.3　RGBA和颜色索引模式 115
4.3.1　RGBA显示模式 116
4.3.2　颜色索引模式 117
4.3.3　在RGBA和颜色索引模式中
进行选择 118
4.3.4　切换显示模式 118
4.4　指定颜色和着色模型 119
4.4.1　在RGBA模式下指定颜色 119
4.4.2　在颜色索引模式下指定颜色 120
4.4.3　指定着色模型 121
第5章　光照 123
5.1　隐藏表面消除工具箱 124
5.2　现实世界和OpenGL光照 125
5.2.1　环境光、散射光、镜面光和
发射光 125
5.2.2　材料颜色 126
5.2.3　光和材料的RGB值 126
5.3　一个简单的例子：渲染光照球体 127
5.4　创建光源 129
5.4.1　颜色 130
5.4.2　位置和衰减 131
5.4.3　聚光灯 132
5.4.4　多光源 133
5.4.5　控制光源的位置和方向 133
5.5　选择光照模型 138
5.5.1　全局环境光 138
5.5.2　局部的观察点或无限远的观察点 138
5.5.3　双面光照 139
5.5.4　镜面辅助颜色 139
5.5.5　启用光照 140
5.6　定义材料属性 140
5.6.1　散射和环境反射 141
5.6.2　镜面反射 141
5.6.3　发射光颜色 142
5.6.4　更改材料属性 142
5.6.5　颜色材料模式 143
5.7　和光照有关的数学知识 146
5.7.1　材料的发射光 147
5.7.2　经过缩放的全局环境光 147
5.7.3　光源的贡献 147
5.7.4　完整的光照计算公式 148
5.7.5　镜面辅助颜色 148
5.8　颜色索引模式下的光照 149
第6章　混合、抗锯齿、雾和多边形偏移 151
6.1　混合 152
6.1.1　源因子和目标因子 152
6.1.2　启用混合 154
6.1.3　使用混合方程式组合像素 154
6.1.4　混合的样例用法 156
6.1.5　一个混合的例子 157
6.1.6　使用深度缓冲区进行三维混合 159
6.2　抗锯齿 162
6.2.1　对点和直线进行抗锯齿处理 164
6.2.2　使用多重采样对几何图元进行
抗锯齿处理 169
6.2.3　对多边形进行抗锯齿处理 172
6.3　雾 172
6.3.1　使用雾 173
6.3.2　雾方程式 175
6.4　点参数 181
6.5　多边形偏移 182
第7章　显示列表 185
7.1　为什么使用显示列表 185
7.2　一个使用显示列表的例子 186
7.3　显示列表的设计哲学 188
7.4　创建和执行显示列表 189
7.4.1　命名和创建显示列表 191
7.4.2　存储在显示列表里的是什么 191
7.4.3　执行显示列表 193
7.4.4　层次式显示列表 193
7.4.5　管理显示列表索引 194
7.5　执行多个显示列表 194
7.6　用显示列表管理状态变量 199
第8章　绘制像素、位图、字体和图像 202
8.1　位图和字体 203
8.1.1　当前光栅位置 204
8.1.2　绘制位图 205
8.1.3　选择位图的颜色 206
8.1.4　字体和显示列表 206
8.1.5　定义和使用一种完整的字体 207
8.2　图像 209
8.3　图像管线 215
8.3.1　像素包装和解包 216
8.3.2　控制像素存储模式 217
8.3.3　像素传输操作 219
8.3.4　像素映射 221
8.3.5　放大、缩小或翻转图像 222
8.4　读取和绘制像素矩形 224
8.5　使用缓冲区对象存取像素矩形数据 227
8.5.1　使用缓冲区对象传输像素数据 227
8.5.2　使用缓冲区对象提取像素数据 228
8.6　提高像素绘图速度的技巧 229
8.7　图像处理子集 230
8.7.1　颜色表 231
8.7.2　卷积 234
8.7.3　颜色矩阵 240
8.7.4　柱状图 241
8.7.5　最小最大值 243
第9章　纹理贴图 245
9.1　概述和示例 248
9.1.1　纹理贴图的步骤 248
9.1.2　一个示例程序 249
9.2　指定纹理 251
9.2.1　纹理代理 255
9.2.2　替换纹理图像的全部或一部分 257
9.2.3　一维纹理 259
9.2.4　三维纹理 261
9.2.5　纹理数组 264
9.2.6　压缩纹理图像 265
9.2.7　使用纹理边框 267
9.2.8　mipmap：多重细节层 267
9.3　过滤 275
9.4　纹理对象 277
9.4.1　命名纹理对象 277
9.4.2　创建和使用纹理对象 278
9.4.3　清除纹理对象 280
9.4.4　常驻纹理工作集 280
9.5　纹理函数 282
9.6　分配纹理坐标 284
9.6.1　计算正确的纹理坐标 285
9.6.2　重复和截取纹理 286
9.7　纹理坐标自动生成 289
9.7.1　创建轮廓线 289
9.7.2　球体纹理 293
9.7.3　立方图纹理 294
9.8　多重纹理 296
9.9　纹理组合器函数 299
9.10　在纹理之后应用辅助颜色 303
9.10.1　在禁用光照时使用辅助颜色 303
9.10.2　启用光照后的辅助镜面颜色 303
9.11　点块纹理 303
9.12　纹理矩阵堆栈 304
9.13　深度纹理 305
9.13.1　创建阴影图 306
9.13.2　生成纹理坐标并进行渲染 307
第10章　帧缓冲区 309
10.1　缓冲区及其用途 310
10.1.1　颜色缓冲区 311
10.1.2　清除缓冲区 312
10.1.3　选择用于读取和写入的颜色
缓冲区 313
10.1.4　缓冲区的屏蔽 315
10.2　片断测试和操作 316
10.2.1　裁剪测试 316
10.2.2　alpha测试 317
10.2.3　模板测试 318
10.2.4　深度测试 322
10.2.5　遮挡查询 322
10.2.6　条件渲染 324
10.2.7　混合、抖动和逻辑操作 325
10.3　累积缓冲区 327
10.3.1　运动模糊 328
10.3.2　景深 328
10.3.3　柔和阴影 331
10.3.4　微移 331
10.4　帧缓冲区对象 332
10.4.1　渲染缓冲区 333
10.4.2　复制像素矩形 340
第11章　分格化和二次方程表面 342
11.1　多边形分格化 342
11.1.1　创建分格化对象 343
11.1.2　分格化回调函数 343
11.1.3　分格化属性 347
11.1.4　多边形定义 350
11.1.5　删除分格化对象 352
11.1.6　提高分格化性能的建议 352
11.1.7　描述GLU错误 352
11.1.8　向后兼容性 352
11.2　二次方程表面：渲染球体、圆柱体
和圆盘 353
11.2.1　管理二次方程对象 354
11.2.2　控制二次方程对象的属性 354
11.2.3　二次方程图元 355
第12章　求值器和NURBS 360
12.1　前提条件 360
12.2　求值器 361
12.2.1　一维求值器 361
12.2.2　二维求值器 365
12.2.3　使用求值器进行纹理处理 369
12.3　GLU的NURBS接口 371
12.3.1　一个简单的NURBS例子 371
12.3.2　管理NURBS对象 374
12.3.3　创建NURBS曲线或表面 377
12.3.4　修剪NURBS表面 380
第13章　选择和反馈 383
13.1　选择 383
13.1.1　基本步骤 384
13.1.2　创建名字栈 384
13.1.3　点击记录 385
13.1.4　一个选择例子 386
13.1.5　挑选 389
13.1.6　编写使用选择的程序的一些建议 397
13.2　反馈 398
13.2.1　反馈数组 399
13.2.2　在反馈模式下使用标记 400
13.2.3　一个反馈例子 400
第14章　OpenGL高级技巧 404
14.1　错误处理 405
14.2　OpenGL版本 406
14.2.1　工具函数库版本 407
14.2.2　窗口系统扩展版本 407
14.3　标准的扩展 407
14.4　实现半透明效果 409
14.5　轻松实现淡出效果 409
14.6　使用后缓冲区进行物体选择 411
14.7　低开销的图像转换 411
14.8　显示层次 412
14.9　抗锯齿字符 413
14.10　绘制圆点 414
14.11　图像插值 414
14.12　制作贴花 415
14.13　使用模板缓冲区绘制填充的
凹多边形 416
14.14　寻找冲突区域 416
14.15　阴影 417
14.16　隐藏直线消除 418
14.16.1　使用多边形偏移实现隐藏
直线消除 418
14.16.2　使用模板缓冲区实现隐藏
直线消除 419
14.17　纹理贴图的应用 419
14.18　绘制深度缓冲的图像 420
14.19　Dirichlet域 420
14.20　使用模板缓冲区实现生存游戏 421
14.21　glDrawPixels()和glCopyPixels()的其他应用 422
第15章　OpenGL着色语言 424
15.1　OpenGL图形管线和可编程着色器 424
15.1.1　顶点处理 425
15.1.2　片断处理 426
15.2　使用GLSL着色器 427
15.2.1　着色器示例 427
15.2.2　OpenGL/GLSL接口 428
15.3　OpenGL着色语言 432
15.4　使用GLSL创建着色器 433
15.4.1　程序起点 433
15.4.2　声明变量 433
15.4.3　聚合类型 434
15.5　uniform块 439
15.5.1　在着色器中指定uniform变量 440
15.5.2　访问在uniform块中声明的uniform变量 440
15.5.3　计算不变性 446
15.5.4　语句 446
15.5.5　函数 448
15.5.6　在GLSL程序中使用OpenGL
状态值 449
15.6　在着色器中访问纹理图像 449
15.7　着色器预处理器 452
15.7.1　预处理器指令 452
15.7.2　宏定义 452
15.7.3　预处理器条件 453
15.7.4　编译器控制 453
15.8　扩展处理 454
15.9　顶点着色器的细节 454
15.10　变换反馈 458
15.11　片断着色器 462
附录A　GLUT（OpenGL实用工具库）
基础知识 464
附录B　状态变量 468
附录C　齐次坐标和变换矩阵 495
附录D　OpenGL和窗口系统 499
术语表 511

.　　·附录A讨论了用于处理窗口系统操作的函数库。GLUT（OpenGL实用工具库）具有可移植性，它可以使代码更短、更紧凑。
　　·附录B列出了OpenGL所维护的状态变量，并描述了如何获取它们的值。
　　·附录C介绍了隐藏在矩阵转换后面的一些数学知识。
　　·附录D简单描述了窗口系统特定的函数库所提供的函数，它们进行了扩展，以支持OpenGL渲染。本附录讨论了X窗口系统、Apple的Mac OS和Microsoft Windows的窗口系统接口。
　　·附录E对OpenGL所执行的操作提供了一个技术性的浏览，简要描述了当应用程序执行时这些操作的出现顺序。
　　·附录F列出了一些基于OpenGL设计者思路的编程提示，这些可能对读者有用。
　　·附录G描述了OpenGL实现在什么时候以及什么地方必须生成OpenGL规范所描述的精确像素。
　　·附录H描述了如何计算不同类型的几何物体的法线向量。
　　·附录I列出了OpenGL着色语言所提供的所有内置的变量和函数。
　　·附录J介绍了各种浮点数、共享指数像素和纹理单元格式。
　　·附录K介绍了存储单成分和双成分压缩纹理的纹理格式。
　　·附录L介绍了GLSL 1.40的uniform变量缓存区的标准内存布局。
　　最后，《OpenGL编程指南（原书第7版）》还提供了一个术语表，对本书所使用的一些关键术语进行了定义。
　　第7版的新增内容
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》包含了OpenGL 3.0和OpenGL 3.1的新的和更新的内容。通过这些版本（这也是本书值得庆祝的18岁生日），OpenGL经历了与其之前的版本最显著的改变。3.0版添加了很多新的功能，并且添加了废弃模型，它建立了一种方法把陈旧的功能从库中删除。注意，只有新功能添加到了3.0版中，才会使其在源代码和二进制文件上都和之前的版本向后兼容。然而，很多功能标记为废弃的，表示可能在API未来的版本中删除。
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》介绍的和OpenGL 3.0相关的更新内容包括：
　　OpenGL中的新功能：
　　·OpenGL着色语言更新，创建了GLSL 1.30版。
　　·条件渲染。
　　·对映射缓冲区对象的内存的细粒度访问以用于更新和读取。
　　·除了纹理图像格式（在OpenGL 2.1中加入），还有用于帧缓冲区的浮点数像素格式。
　　·帧缓冲区和渲染缓冲区对象。
　　·为小的动态范围数据采用紧凑的浮点表示，以减少内存存储占用。
　　·改进了对复制数据时的多采样缓冲区交互的支持。
　　·纹理图像和渲染缓冲区中的非规范化的整数值保留它们最初的表示，相对于OpenGL将这些值映射到范围[0,1]的常规操作。
　　·支持一维纹理数组和二维纹理数组。
　　·附加的包装像素格式支持访问新的渲染缓冲区。
　　·针对多渲染目标，分开混合和写屏蔽控制。
　　·纹理压缩格式。
　　·纹理的单成分和双成分的内部格式。
　　·转换反馈。
　　·顶点数组对象。
　　·sRGB帧缓冲区格式。
　　·废弃模式的深入讨论。
　　·修复错误并更新标记名。
　　对于OpenGL 3.1：
　　·标识出OpenGL 3.0中因废弃而要删除的功能。
　　新的功能：
　　·OpenGL着色语言更新，创建了GLSL 1.40版。
　　·实例化渲染。
　　·缓冲区之间高效的服务器端数据复制。
　　·在单个调用作用渲染多个类似的图元，用一个特殊标记（由用户指定）来表示何时重新启动一个图元。
　　·纹理缓冲区对象。
　　·纹理矩形。
　　·uniform缓冲区对象。
　　·带符号的规范化纹理单元格式。
　　阅读本书所需要的预备知识
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》假定读者知道如何使用C语言编写程序，并且了解一些数学背景知识（几何、三角、线性代数、积分和微分几何）。即使读者对计算机图形技术领域了解不多，仍然能够理解本书所讨论的绝大部分内容。当然，计算机图形学是一个巨大的主题，因此读者最好能够扩展自己在这个领域的知识。下面是我们推荐的两本参考书：
　　·《Computer Graphics: Principles and Practice》：作者James D.Foley、Andries van Dam、Steven K.Feiner和John F.Hughes（Addison-Wesley，1990）。该书是计算机图形学领域的百科全书，它包括了丰富的信息。但是，读者在阅读这本书之前最好已经对计算机图形学有一定程度的了解。
　　·《3D Computer Graphics》：作者Andrew S. Glassner（The Lyons Press，1994）。该书对计算机图形学进行了非技术性的、通俗易懂的介绍。这本书重点介绍计算机图形学可以实现的视觉效果，而不是实现这些效果所需要的技术。
　　另外，读者还可以访问OpenGL的官方网站。这个网站包含了各种类型的通用信息，包括软件、示例程序、文档、FAQ、讨论版和新闻等。如果读者遇到任何OpenGL问题，这是首先应该想到的去处：http://www.opengl.org/。
　　另外，OpenGL官方网站记录了组成OpenGL 3.0版和OpenGL 3.1版所有过程的完整文档。这些文档代替了OpenGL体系结构审核委员会和Addison Wesley出版的《OpenGL Reference Manual》（OpenGL参考手册）。
　　OpenGL实际上是一种独立于硬件的程序接口规范。在一种特定类型的硬件上，所使用的是它的一种特定实现。本书解释了如何使用所有的OpenGL实现进行编程。但是，由于各种OpenGL实现可能存在微小的差别（例如，在渲染性能以及提供额外的、可选的特性方面），因此读者可能需要寻找与自己所使用的特定OpenGL实现相关的补充文档。另外，读者所使用的系统还可能提供了与OpenGL相关的实用函数库、工具箱、编程和调试支持工具、各种窗口部件、示例程序和演示程序等。
　　如何获取本书示例程序的源代码
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》包含了许多示例程序，以说明各种OpenGL编程技巧的具体用法。由于本书的读者背景各不相同，从新手到老手，既有计算机图形学的知识又有OpenGL的知识，本书中的示例通常都展示了一个特定渲染条件下的最简单的方法，并且使用OpenGL 3.0接口来说明。这么做的目的主要是为了让那些刚开始接触OpenGL的读者能够更直接和更容易地接受本书所介绍的内容。对于那些有着广泛经验、想要寻找使用最新的API功能实现的读者，我们首先感谢你耐心地阅读那些早已掌握的内容，并且建议访问我们的Web站点：http://www.opengl-redbook.com/。
　　在那里，你将会找到本书中所有示例的源代码，使用最新功能的实现，以及介绍从一个版本的OpenGL迁移到另一个版本所需的修改的额外讨论。
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》中包含的所有程序都使用了OpenGL Utility Toolkit (GLUT)，其最初的作者是Mark Kilgard。对于这个版本，我们使用了开发freeglut项目的人们所编写的GLUT接口的开源版本。他们扩展了Mark最初的工作（那些工作在Mark Kilgard的《OpenGL Programming for the X Window System》Addison-Wesley，1996，一书中有详细的介绍）。可以从如下地址找到他们的开源项目页面：http://freeglut.sourceforge.net/。
　　可以从这个站点获取它们的实现的代码和二进制文件。
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》1.6节和附录A给出了关于使用GLUT的更多信息。其他有助于更快地学习和使用OpenGL和GLUT编程的资源，可以在OpenGL Web的资源页面找到：http://www.opengl.org/resources/。
　　许多OpenGL实现还可能包含一些示例代码，作为系统的一部分。这些源代码可能是这种OpenGL实现应该使用的最佳代码，因为它可能针对当前的系统进行了优化。读者可以参阅与自己使用的系统相关的OpenGL文档，了解从哪里下载这些示例程序。
　　Nate Robin的OpenGL教程
　　Nate Robin编写了一套教学程序，用于演示OpenGL编程的基本概念。它允许用户修改函数的参数，以交互的方式观察它们的效果。这套教程所涵盖的主题包括变换、光照、雾和纹理。我们极力推荐使用这些教程。它们具有可移植性，并且使用了前面所提到的GLUT。要获取这些教程的源代码，可以访问下面这个网站：
　　http://www.xmission.com/~nate/tutors.html
　　勘误表
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》也会存在一些错误。此外，在本书出版过程中，OpenGL也在更新：随着规范和新规范的发布，错误也会更正并加以澄清。我们在Web站点http://www.opengl-redbook.com/维护了一个错误和更新的列表，那里还提供了工具来报告你可能会发现的任何新的错误。如果你发现一个错误，请接受我们的道歉，并且提前感谢你的报告，我们将尽快地更正。
　　约定字体
　　《OpenGL编程指南（原书第7版）》使用如下的约定字体：
　　·粗体—表示命令和函数的名称和矩阵。
　　·斜体—变量、参数、参数名、空间维度、矩阵成员和第一次出现的关键术语。
　　·常规字体—每句类型和定义的常量。
　　代码示例以等宽字体显示，命令概览放在专门的框线中。
　　在命令概览部分，花括号表示可选的数据类型。在下面的例子中，glCommand具有4个可能的后缀：s、i、f和d，分别表示数据类型GLshort、GLint、GLfloat和GLdouble。在glCommand函数的原型中，TYPE表示这些后缀所提示的数据类型。
　　void glCommand{sifd}(TYPE x1, TYPE y1, TYPE x2, TYPE y2);
　　区分废弃的功能
　　正如前面所提到的，本书的这一版本主要针对OpenGL 3.0和OpenGL 3.1。OpenGL 3.0对于目前可用的任何版本完全向后兼容。然而，OpenGL 3.1采用了废弃模式，删除了很多与现代图形系统不太兼容的旧功能。尽管很多功能从“核心的”OpenGL中删除了，为了消除版本之间的过渡，OpenGL ARB发布了GL_ARB_compatibility扩展。如果你的实现支持这个扩展，它将能够使用所有删除的功能。为了便于识别那些从OpenGL 3.1中删除了的、仍然得到兼容扩展支持的功能，在《OpenGL编程指南（原书第7版）》中，介绍命令或函数的边框的旁边会给出一个信息表格，其中列出受到影响的函数或符号。
　　尽管有些功能从OpenGL中废弃并删除了，但一些这样的功能影响着库，例如OpenGL Utility Library，通常称之为GLU。这些在OpenGL 3.1的变化中受到影响的函数，也会在旁边的表格中列出。