OpenGL编程指南(原书第8版)[图书]

. 第12章介绍了最新的着色器阶段，将通用计算的方法
融合到OpenGL的渲染管线当中。
    
   

1.5.1　进入main()函数 10
1.5.2　OpenGL的初始化过程 12
1.5.3　第一次使用OpenGL进行渲染 21
第2章　着色器基础 25
2.1　着色器与OpenGL 26
2.2　OpenGL的可编程管线 26
2.3　OpenGL着色语言概述 28
2.3.1　使用GLSL构建着色器 28
2.3.2　存储限制符 34
2.3.3　语句 37
2.3.4　计算的不变性 41
2.3.5　着色器的预处理器 43
2.3.6　编译器的控制 45
2.3.7　全局着色器编译选项 45
2.4　数据块接口 46
2.4.1　uniform块 46
2.4.2　指定着色器中的uniform块 47
2.4.3　从应用程序中访问uniform块 48
2.4.4　buffer块 53
2.4.5　in/out块 54
2.5　着色器的编译 54
2.5.1　我们的LoadShaders()函数 58
2.6　着色器子程序 58
2.6.1　GLSL的子程序设置 59
2.6.2　选择着色器子程序 60
2.7　独立的着色器对象 62
第3章　OpenGL绘制方式 64
3.1　OpenGL图元 64
3.1.1　点 65
3.1.2　线、条带与循环线 66
3.1.3　三角形、条带与扇面 66
3.2　OpenGL缓存数据 69
3.2.1　创建与分配缓存 69
3.2.2　向缓存输入和输出数据 71
3.2.3　访问缓存的内容 75
3.2.4　丢弃缓存数据 80
3.3　顶点规范 80
3.3.1　深入讨论VertexAttrib-Pointer 81
3.3.2　 静态顶点属性的规范 84
3.4　OpenGL的绘制命令 86
3.4.1　图元的重启动 92
3.5　多实例渲染 96
3.5.1　多实例的顶点属性 97
3.5.2　在着色器中使用实例计数器 102
3.5.3　多实例方法的回顾 104
第4章　颜色、像素和帧缓存 105
4.1　基本颜色理论 106
4.2　缓存及其用途 107
4.2.1　缓存的清除 109
4.2.2　缓存的掩码 110
4.3　颜色与OpenGL 110
4.3.1　颜色的表达与OpenGL 111
4.3.2　顶点颜色 112
4.3.3　光栅化 114
4.4　多重采样 115
4.4.1　采样着色 116
4.5　片元的测试与操作 117
4.5.1　剪切测试 118
4.5.2　多重采样的片元操作 118
4.5.3　模板测试 119
4.5.4　模板的例子 120
4.5.5　深度测试 122
4.5.6　融混 124
4.5.7　融混参数 125
4.5.8　控制融混的参数 125
4.5.9　融混方程 127
4.5.10　抖动 128
4.5.11　逻辑操作 128
4.5.12　遮挡查询 129
4.5.13　条件渲染 132
4.6　逐图元的反走样 133
4.6.1　线段的反走样 134
4.6.2　多边形的反走样 135
4.7　帧缓存对象 135
4.7.1　渲染缓存 137
4.7.2　创建渲染缓存的存储空间 138
4.7.3　帧缓存附件 140
4.7.4　帧缓存的完整性 142
4.7.5　帧缓存的无效化 144
4.8　多重渲染缓存的同步写入 145
4.8.1　选择颜色缓存来进行读写操作 146
4.8.2　双源融混 148
4.9　像素数据的读取和拷贝 150
4.10　拷贝像素矩形 152
第5章　视口变换、剪切与反馈 153
5.1　观察视图 154
5.1.1　视图模型 154
5.1.2　相机模型 154
5.1.3　正交视图模型 157
5.2　用户变换 158
5.2.1　矩阵乘法的回顾 159
5.2.2　齐次坐标 161
5.2.3　线性变换与矩阵 163
5.2.4 　法线变换 173
5.2.5　OpenGL矩阵 174
5.3　OpenGL变换 177
5.3.1　高级技巧：用户剪切 178
5.4　transform feedback 179
5.4.1　transform feedback对象 180
5.4.2　transform feedback缓存 181
5.4.3　配置transform feedback的变量 183
5.4.4　transform feedback的启动和停止 187
5.4.5　transform feedback的示例：粒子系统 189
第6章　纹理 195
6.1　纹理映射 196
6.2　基本纹理类型 197
6.3　创建和初始化纹理 198
6.3.1　纹理格式 202
6.4　代理纹理 207
6.5　设置纹理数据 208
6.5.1　显式设置纹理数据 208
6.5.2　使用Pixel Unpack缓存 210
6.5.3　从帧缓存拷贝数据 211
6.5.4　从文件加载图像 212
6.5.5　查询纹理数据 215
6.5.6　纹理数据布局 215
6.6　采样器对象 219
6.6.1　采样器参数 220
6.7　使用纹理 221
6.7.1　纹理坐标 223
6.7.2　组织纹理数据 226
6.7.3　使用多重纹理 227
6.8　复杂纹理类型 229
6.8.1　3维纹理 229
6.8.2　数组纹理 231
6.8.3　立方体映射纹理 231
6.8.4　阴影采样器 237
6.8.5　深度模板纹理 238
6.8.6　缓存纹理 238
6.9　纹理视图 240
6.10　压缩纹理 243
6.11　滤波 245
6.11.1　线性滤波 245
6.11.2　使用和生成mipmap 247
6.11.3　计算mipmap级别 251
6.11.4　mipmap细节层次控制 252
6.12　高级纹理查询函数 252
6.12.1　显式细节层次 252
6.12.2　显式梯度设置 253
6.12.3　偏移后的纹理获取 253
6.12.4　投影纹理 254
6.12.5　着色器中的纹理查询 254
6.12.6　收集纹素 256
6.12.7　合并特殊函数 256
6.13　点精灵 257
6.13.1　带纹理的点精灵 257
6.13.2　控制点的外观 259
6.14　渲染到纹理贴图 260
6.14.1　丢弃已渲染数据 263
6.15　本章总结 264
6.15.1　纹理回顾 264
6.15.2　纹理的最好实践 265
第7章　光照与阴影 266
7.1　光照介绍 267
7.2　经典光照模型 267
7.2.1　不同光源类型的片元着色器 268
7.2.2　将计算移到顶点着色器 277
7.2.3　多个光源和材质 279
7.2.4　光照坐标系统 285
7.2.5　经典光照模型的局限 285
7.3　光照模型进阶 286
7.3.1　半球光照 286
7.3.2　基于图像的光照 289
7.3.3　球面光照 293
7.4　阴影映射 296
7.4.1　创建一张阴影贴图 297
7.4.2　使用阴影贴图 299
第8章　程序式纹理 303
8.1　程序式纹理 303
8.1.1　规则的花纹 305
8.1.2　玩具球 311
8.1.3　晶格 318
8.1.4　程序式着色方法的总结 319
8.2　凹凸贴图映射 319
8.2.1　应用程序设置 321
8.2.2　顶点着色器 323
8.2.3　片元着色器 324
8.2.4　法线贴图 326
8.3　程序式纹理的反走样 326
8.3.1　走样的来源 327
8.3.2　避免走样问题 328
8.3.3　提高分辨率 329
8.3.4　高频率的反走样 330
8.3.5　频率截断 337
8.3.6　程序式反走样的总结 339
8.4　噪声 339
8.4.1　噪声的定义 341
8.4.2　噪声纹理 345
8.4.3　权衡 348
8.4.4　一个简单的噪声着色器 349
8.4.5　湍流 351
8.4.6　大理石 353
8.4.7　花岗岩 353
8.4.8　木纹 354
8.4.9　噪声的总结 357
8.5　更多信息 357
第9章　细分着色器 359
9.1　细分着色器 359
9.2　细分面片 360
9.3　细分控制着色器 361
9.3.1　生成输出面片的顶点 362
9.3.2　细分控制着色器的变量 362
9.3.3　细分的控制 363
9.4　细分计算着色器 367
9.4.1　设置图元生成域 368
9.4.2　设置生成图元的面朝向 368
9.4.3　设置细分坐标的间隔 368
9.4.4　更多的细分计算着色器layout选项 368
9.4.5　设置顶点的位置 369
9.4.6　细分计算着色器的变量 369
9.5　细分实例：茶壶 370
9.5.1　处理面片输入顶点 370
9.5.2　计算茶壶的细分坐标 371
9.6　更多的细分技术 373
9.6.1　视口相关的细分 373
9.6.2　细分的共享边与裂缝 375
9.6.3　置换贴图映射 376
第10章　几何着色器 377
10.1　创建几何着色器 378
10.2　几何着色器的输入和输出 380
10.2.1　几何着色器的输入 380
10.2.2　特殊的几何着色器图元 383
10.2.3　几何着色器的输出 387
10.3　产生图元 389
10.3.1　几何体的裁减 389
10.3.2　几何体的扩充 390
10.4　transform feedback高级篇 394
10.4.1　多重输出流 395
10.4.2　图元查询 399
10.4.3　使用transform feedback的结果 400
10.5　几何着色器的多实例化 408
10.6　多视口与分层渲染 409
10.6.1　视口索引 409
10.6.2　分层渲染 414
10.7　本章小结 417
10.7.1　几何着色器回顾 417
10.7.2　几何着色器的经验谈 418
第11章　内存 420
11.1　使用纹理存储通用数据 420
11.1.1　将纹理绑定到图像单元 425
11.1.2　图像数据的读取和写入 427
11.2　着色器存储缓存对象 430
11.2.1　写入结构化数据 431
11.3　原子操作和同步 431
11.3.1　图像的原子操作 431
11.3.2　缓存的原子操作 439
11.3.3　同步对象 440
11.3.4　图像限定符和屏障 444
11.3.5　高性能的原子计数器 452
11.4　示例 455
11.4.1　顺序无关的透明 455
第12章　计算着色器 466
12.1　概述 466
12.2　工作组及其执行 467
12.2.1　知道工作组的位置 471
12.3　通信与同步 472
12.3.1　通信 473
12.3.2　同步 474
12.4　示例 475
12.4.1　物理模拟 476
12.4.2　图像处理 481
12.5　本章总结 485
12.5.1　计算着色器回顾 485
12.5.2　计算着色器的最佳实践 485
附录A　GLUT基础知识 487
附录B　OpenGL ES与WebGL 493
附录C　内置GLSL变量与函数 504
附录D　状态变量 552
附录E　齐次坐标与变换矩阵 591
附录F　OpenGL与窗口系统 596
附录G　纹理、帧缓存与渲染缓存的浮点格式 612
附录H　OpenGL程序的调试与优化 618
附录I　缓存对象的布局 632
术语表 635

.　　附录E介绍了与矩阵变换相关的一些数学方法。
　　附录F介绍了不同的窗口系统相关的各种库，它们提供了各种绑定例程，以支持OpenGL渲染到本地窗口当中。
　　附录G对于OpenGL中所用到的浮点数格式做出了概述。
　　附录H介绍了OpenGL中最新的调试特性。
　　附录I给出了有关uniform缓存的使用的参考文档，其中使用了OpenGL定义的标准内存布局。
　　本版新增内容
　　本书的内容是颠覆性的！对于那些已经阅读过本书以前版本的读者来说，这一版完全根据OpenGL应用程序开发的最新方法和技术进行了重写。本书将经典红宝书的以函数为中心的方法，与《OpenGL着色语言》（通常也称作“橘皮书”）一书中的着色技术进行了融合。
　　在这一版中，作者团队中也纳入了OpenGL开发的一些主要贡献者，以及OpenGL着色语言标准的编者。因此，这一版将会涵盖OpenGL的最新版本，也就是版本4.3，其中包括了计算着色器的内容。本书还介绍了可编程渲染管线的每个阶段。我们衷心地希望你能够从本书中找到实用的以及有教育价值的内容。
　　你需要在阅读本书之前掌握的知识
　　本书假设你已经了解了使用C语言进行编程的方法（我们将使用少量的C++程序，不过你应该会比较容易理解它们），并且具有一定的数学背景（几何、三角学、线性代数、微积分，以及微分几何）。即使你对于计算机图形学技术没有太多的经验或者一无所知，你也可以学习和理解本书中讨论的大部分内容。当然，计算机图形学是一个不断延展的学科，因此你也许还需要阅读以下的补充内容来提升自己的知识。
　　《Computer Graphics: Principles and Practice》第3版，John F. Hughes等著（Addison-Wesley，2013）：这本书是有关计算机图形学的一本百科全书。它包含了大量有价值的信息，不过在阅读它之前，你最好已经对这门学科有了一定的了解。
　　《3D Computer Graphics》，Andrew S. Glassner著（The Lyons Press，1994）：这本书是有关计算机图形学的非技术性的、适度的介绍。它注重于可以实现的可视化效果本身，而不是实现这些效果所需的技术。
　　另一个可以有组织地进行系统学习的地方就是OpenGL网站。该网站包含了软件、示例程序、文档、FAQ、讨论版，以及新闻页面。如果你想要搜索OpenGL相关问题的答案，那么这里是一个好的开始：
　　http://www.opengl.org/
　　此外，OpenGL的官方网站中还包含了OpenGL的最新版本对应的所有函数和着色语言语法的完整文档。这些网页内容完整地涵盖了《OpenGL Reference Manual》一书的内容，后者由OpenGL Architecture Review Board和Addison-Wesley出版。
　　OpenGL是一个与硬件密切相关的编程接口标准，我们可能会在某一类特定的硬件上使用一个特定的OpenGL实现。本书将会介绍如何使用任意的OpenGL实现进行编程。但是，因为这些实现之间会存在细微的差异—包括性能上的差异，以及额外的特性支持—你可能需要阅读自己所用的特定设备实现所对应的补充文档。此外，某个特定实现的供应商网站上，也可能也会提供一些OpenGL相关的实用工具、工具包、编程和调试支持、窗口组件、示例代码，以及示例程序。
　　如何获取示例代码
　　本书包含很多示例程序，它们演示了特定OpenGL编程技术的用法。本书的读者群体在计算机图形学和OpenGL方面可能有着巨大的经验差异，有的人是新手，而有的人是多年的老手，因此这些章节里给出的案例都会使用最简单的方法去实现一个特定的渲染形式，并且全部使用OpenGL 4.3版本的接口。这样的做法主要是为了确保那些刚开始学习OpenGL的读者也能够顺利地阅读相关的内容。对于那些已经有了足够的经验，只是希望了解最新的API特性实现的读者，我们首先感谢你能够耐心阅读本书前面的内容，之后你可以访问我们的网站：
　　http://www.opengl-redbook.com/
　　在这里你将会找到本书中所有示例的源代码，它们均使用最新的特性进行实现，而后文的讨论中也会涉及从一个OpenGL版本移植到另一个版本所需的修改。
　　本书中所有的程序都使用了OpenGL Utility Toolkit（GLUT），它的原作者为Mark Kilgard。在这一版中，我们将使用GLUT接口的开源版本，它来自freeglut工程。这个工程对Mark的原始工程（在作者的著作《OpenGL Programming for the X Window System》中进行了详细介绍， Addison-Wesley，1997）进行了加强。你可以在下面的地址里找到开源的工程页面：
　　http://freeglut.sourceforge.net/
　　你可以在这个网站中找到相应的代码和二进制程序。
　　本书还介绍了有关GLUT库的信息。可以在OpenGL网站的资源页面找到更多帮助你学习和使用OpenGL与GLUT的资源。
　　http://www.opengl.org/resources/
　　OpenGL的很多实现也包含了一些系统相关的代码示例。这些源代码可能是你实现程序时最好的资源，因为它们已经针对系统进行了优化。你可以阅读与自己的系统相关的OpenGL文档来了解如何获取这些代码示例。
　　勘误
　　遗憾的是，这本书中一定也存在着错误。此外，即使在本书出版的期间，OpenGL也是不断更新的：有一些错误被修正，并且标准文档中也做出了澄清，同时还有新的标准被发布。我们将在网站http://www.opengl-redbook.com/上维护一个错误和更新列表，同时我们也会提供一些功能让用户提交自己发现的错误。如果你发现了本书中的错误，我们首先向你郑重道歉，并且非常感谢你的报告。我们将尽快对其进行更正。