OpenGL超級(jí)寶典：第三版

第一部分　經(jīng)典OpenGL

第1章　3D圖形和OpenGL簡(jiǎn)介　3
1.1　計(jì)算機(jī)圖形的簡(jiǎn)單歷史回顧　3
1.1.1　進(jìn)入CRT　3
1.1.2　走向3D　4
1.2　3D效果初探　6
1.2.1　透視(視角)　6
1.2.2　顏色和著色　6
1.2.3　光照和陰影　7
1.2.4　紋理貼圖　7
1.2.5　霧　7
1.2.6　混和和透明　8
1.2.7　抗鋸齒　8
1.3　3D圖形的常見(jiàn)用途　9
1.3.1　實(shí)時(shí)3D　9
1.3.2　非實(shí)時(shí)3D　10
1.4　3D編程的基本原則　11
1.4.1　立即模式和保持模式(場(chǎng)景圖)　11
1.4.2　坐標(biāo)系統(tǒng)　11
1.4.3　投影(從3D到2D)　14
1.5　小結(jié)　16

第2章　使用OpenGL　17
2.1　什么是OpenGL　17
2.1.1　標(biāo)準(zhǔn)的演化　18
2.1.2　API戰(zhàn)爭(zhēng)　19
2.2　OpenGL的工作原理　22
2.2.1　泛型實(shí)現(xiàn)　22
2.2.2　硬件實(shí)現(xiàn)　23
2.2.3　管線(xiàn)　24
2.3　OpenGL是API而不是編程語(yǔ)言　24
2.4　API規(guī)范　25
2.4.1　數(shù)據(jù)類(lèi)型　25
2.4.2　函數(shù)名約定　26
2.5　平臺(tái)獨(dú)立性　27
2.5.1　使用GLUT　27
2.5.2　設(shè)置編程環(huán)境　28
2.5.3　你的第一個(gè)程序　28
2.5.4　用OpenGL繪制形狀　32
2.6　使用OpenGL和GLUT生成動(dòng)畫(huà)　37
2.7　OpenGL狀態(tài)機(jī)　40
2.8　OpenGL錯(cuò)誤　41
2.9　確認(rèn)版本　42
2.10　調(diào)用glHint獲得線(xiàn)索　42
2.11　使用擴(kuò)展　42
2.11.1　檢查擴(kuò)展　43
2.11.2　這是誰(shuí)的擴(kuò)展　43
2.11.3　在Windows中使用OpenGL 1.1以后的版本　44
2.12　小結(jié)　44
2.13　參考　45

第3章　在空間中繪圖(幾何圖元和緩沖區(qū))　55
3.1　在3D中繪制點(diǎn)　55
3.2　設(shè)置3D畫(huà)布　56
3.3　3D空間中的點(diǎn)——頂點(diǎn)　57
3.4　繪制圖形　58
3.5　設(shè)置點(diǎn)的大小　60
3.6　在3D空間中畫(huà)直線(xiàn)　62
3.6.1　線(xiàn)帶和線(xiàn)環(huán)　63
3.6.2　用直線(xiàn)構(gòu)成近似曲線(xiàn)　64
3.6.3　設(shè)置直線(xiàn)的寬度　64
3.6.4　直線(xiàn)點(diǎn)畫(huà)　66
3.7　在3D空間中繪制三角形　68
3.7.1　三角形——第一種多邊形　68
3.7.2　環(huán)繞　68
3.7.3　三角形帶　69
3.7.4　三角形扇　69
3.8　創(chuàng)建實(shí)心物體　70
3.8.1　設(shè)置多邊形顏色　72
3.8.2　隱藏表面消除　72
3.8.3　剔除：隱藏表面，提高性能　73
3.8.4　多邊形模式　75
3.9　其他圖元　75
3.9.1　四條邊的多邊形——四邊形　75
3.9.2　通用多邊形　76
3.9.3　填充多邊形，回顧點(diǎn)畫(huà)　76
3.9.4　多邊形創(chuàng)建規(guī)則　79
3.9.5　細(xì)分和邊界　80
3.10　其他緩沖區(qū)技巧　82
3.10.1　使用緩沖區(qū)目標(biāo)　82
3.10.2　操縱深度緩沖區(qū)　83
3.10.3　用剪刀進(jìn)行裁剪　84
3.10.4　使用模版緩沖區(qū)　85
3.11　小結(jié)　88
3.12　參考　88

第4章　幾何轉(zhuǎn)換——管線(xiàn)　100
4.1　本章是不是枯燥的數(shù)學(xué)課　100
4.2　理解轉(zhuǎn)換　101
4.2.1　視覺(jué)坐標(biāo)　101
4.2.2　視圖轉(zhuǎn)換　102
4.2.3　模型轉(zhuǎn)換　102
4.2.4　模型視圖二元性　103
4.2.5　投影轉(zhuǎn)換　104
4.2.6　視口轉(zhuǎn)換　104
4.3　矩陣——3D圖形的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　105
4.3.1　什么是矩陣　105
4.3.2　轉(zhuǎn)換管線(xiàn)　105
4.3.3　模型視圖矩陣　106
4.3.4　單位矩陣　108
4.3.5　矩陣堆?！?09
4.3.6　一個(gè)原子例子　110
4.4　使用投影　112
4.4.1　正投影　112
4.4.2　透視投影　113
4.4.3　一個(gè)遠(yuǎn)處縮小的例子　114
4.5　高級(jí)矩陣操作　116
4.5.1　載入矩陣　117
4.5.2　自己執(zhí)行轉(zhuǎn)換　118
4.5.3　把轉(zhuǎn)換放在一起　120
4.6　使用照相機(jī)和角色在OpenGL中移動(dòng)　121
4.6.1　角色幀　121
4.6.2　歐拉角：“盧克！請(qǐng)使用幀”　122
4.6.3　照相機(jī)管理　122
4.7　綜合應(yīng)用　123
4.8　小結(jié)　127
4.9　參考　128

第5章　顏色、材料和光照基礎(chǔ)知識(shí)　134
5.1　什么是顏色　134
5.1.1　光的波性　134
5.1.2　光的粒子性　135
5.1.3　人眼作為光子檢測(cè)器　136
5.1.4　計(jì)算機(jī)作為光子檢測(cè)器　136
5.2　PC顏色硬件　137
5.3　PC顯示模式　137
5.3.1　屏幕分辨率　138
5.3.2　顏色深度　138
5.4　在OpenGL中使用顏色　139
5.4.1　顏色立方體　139
5.4.2　設(shè)置繪圖顏色　140
5.4.3　著色　140
5.4.4　設(shè)置著色模型　142
5.5　現(xiàn)實(shí)世界的顏色　142
5.5.1　環(huán)境光　143
5.5.2　散射光　143
5.5.3　鏡面光　143
5.5.4　綜合考慮　143
5.6　現(xiàn)實(shí)世界的材料　144
5.6.1　材料屬性　144
5.6.2　向材料添加光照　144
5.6.3　計(jì)算環(huán)境光效果　144
5.6.4　散射和鏡面光效果　145
5.7　向場(chǎng)景添加光照　145
5.7.1　啟用光照　145
5.7.2　設(shè)置光照模型　146
5.7.3　設(shè)置材料屬性　146
5.8　使用光源　148
5.8.1　哪種方式最合適　148
5.8.2　表面法線(xiàn)　149
5.8.3　指定法線(xiàn)　149
5.8.4　單位法線(xiàn)　150
5.8.5　尋找法線(xiàn)　151
5.8.6　設(shè)置光源　152
5.8.7　設(shè)置材料屬性　153
5.8.8　指定多邊形　153
5.9　光照效果　154
5.9.1　鏡面加亮　154
5.9.2　鏡面光　154
5.9.3　鏡面反射　155
5.9.4　鏡面指數(shù)　156
5.9.5　法線(xiàn)均衡　157
5.10　綜合討論　158
5.10.1　創(chuàng)建亮點(diǎn)　158
5.10.2　繪制光點(diǎn)　159
5.11　陰影　162
5.11.1　什么是陰影　163
5.11.2　實(shí)現(xiàn)壓平的代碼　163
5.11.3　一個(gè)陰影例子　164
5.11.4　重新回顧球體世界　166
5.12　小結(jié)　167
5.13　參考　167

第6章　顏色和材料的更多細(xì)節(jié)　174
6.1　混合　174
6.1.1　組合顏色　174
6.1.2　修改混合方程式　177
6.1.3　抗鋸齒　177
6.2　霧　181
6.3　累積緩沖區(qū)　183
6.4　其他顏色操作　185
6.4.1　顏色掩碼　185
6.4.2　顏色邏輯操作　185
6.4.3　Alpha測(cè)試　186
6.4.4　抖動(dòng)　186
6.5　小結(jié)　186
6.6　參考　187

第7章　OpenGL中的圖像　191
7.1　位圖　191
7.2　像素包裝　195
7.3　像素圖　196
7.3.1　經(jīng)過(guò)包裝的像素格式　198
7.3.2　一個(gè)顏色更豐富的例子　198
7.3.3　移動(dòng)像素　200
7.3.4　保存像素　201
7.4　像素的更多樂(lè)趣　203
7.4.1　像素縮放　208
7.4.2　像素轉(zhuǎn)移　208
7.4.3　像素映射　211
7.5　圖像“子集”　212
7.6　小結(jié)　222
7.7　參考　223

第8章　紋理貼圖基礎(chǔ)知識(shí)　239
8.1　載入紋理　239
8.1.1　使用顏色緩沖區(qū)　242
8.1.2　更新紋理　242
8.2　將紋理貼圖到幾何圖形　243
8.3　一個(gè)簡(jiǎn)單的2D例子　244
8.4　紋理環(huán)境　249
8.5　紋理參數(shù)　250
8.5.1　基本過(guò)濾　250
8.5.2　紋理環(huán)繞　251
8.5.3　帶紋理的卡通　252
8.5.4　Mip貼圖　256
8.6　紋理對(duì)象　259
8.7　小結(jié)　266
8.8　參考　266

第9章　紋理貼圖高級(jí)知識(shí)　279
9.1　第二顏色　279
9.2　各向異性過(guò)濾　281
9.3　紋理壓縮　282
9.3.1　壓縮紋理　283
9.3.2　載入壓縮紋理　284
9.4　紋理坐標(biāo)生成　284
9.4.1　物體線(xiàn)性貼圖　289
9.4.2　視覺(jué)線(xiàn)性貼圖　290
9.4.3　球體貼圖　291
9.4.4　立方體貼圖　292
9.5　多重紋理　294
9.5.1　多重紋理坐標(biāo)　295
9.5.2　一個(gè)多重紋理例子　295
9.6　紋理組合器　298
9.7　小結(jié)　300
9.8　參考　300

第10章　曲線(xiàn)和表面　306
10.1　內(nèi)部支持的表面　306
10.1.1　設(shè)置二次方程狀態(tài)　307
10.1.2　繪制二次方程圖形　308
10.1.3　用二次方程進(jìn)行建?！?11
10.2　Bézier曲線(xiàn)和表面　312
10.2.1　參數(shù)方程表示形式　313
10.2.2　求值器　314
10.3　NURBS　321
10.3.1　從Bézier到B樣條　321
10.3.2　結(jié)點(diǎn)　322
10.3.3　創(chuàng)建NURBS表面　322
10.3.4　NURBS屬性　323
10.3.5　定義表面　323
10.3.6　修剪　324
10.3.7　NURBS表面　326
10.4　鑲嵌　326
10.4.1　鑲嵌器　327
10.4.2　鑲嵌器回調(diào)函數(shù)　327
10.4.3　指定頂點(diǎn)數(shù)據(jù)　328
10.4.4　綜合應(yīng)用　328
10.5　小結(jié)　332
10.6　參考　332

第11章　這就是管線(xiàn)——更快的幾何圖形渲染　353
11.1　模型裝配101　353
11.2　顯示列表　363
11.2.1　批處理　363
11.2.2　預(yù)批處理　364
11.2.3　使用顯示列表的一些注意事項(xiàng)　365
11.2.4　轉(zhuǎn)換到顯示列表　365
11.3　測(cè)量性能　366
11.4　頂點(diǎn)數(shù)組　370
11.4.1　載入幾何圖形　373
11.4.2　啟用數(shù)組　374
11.4.3　數(shù)據(jù)在哪里　374
11.4.4　進(jìn)行繪圖　375
11.4.5　索引頂點(diǎn)數(shù)組　376
11.5　小結(jié)　385
11.6　參考　385

第12章　交互式圖形　395
12.1　選擇　395
12.1.1　為圖元命名　396
12.1.2　在選擇模式下工作　397
12.1.3　選擇緩沖區(qū)　398
12.1.4　挑選　399
12.1.5　層次式挑選　401
12.1.6　反饋　404
12.1.7　反饋緩沖區(qū)　404
12.1.8　反饋數(shù)據(jù)　405
12.1.9　用戶(hù)定義標(biāo)記　405
12.2　一個(gè)反饋例子　406
12.2.1　對(duì)物體加上標(biāo)簽以便反饋　406
12.2.2　步驟1：選擇物體　408
12.2.3　步驟2：從物體獲取反饋信息　409
12.3　小結(jié)　411
12.4　參考　411

第二部分　OpenGL無(wú)處不在

第13章　Windows上的OpenGL Wiggle　417
13.1　Windows上的OpenGL實(shí)現(xiàn)　417
13.1.1　泛型OpenGL　418
13.1.2　可安裝客戶(hù)驅(qū)動(dòng)程序(ICD)　418
13.1.3　Mini客戶(hù)驅(qū)動(dòng)程序(MCD)　418
13.1.4　Mini驅(qū)動(dòng)程序　419
13.1.5　擴(kuò)展OpenGL　419
13.2　基本的窗口渲染　420
13.2.1　GDI設(shè)備環(huán)境　420
13.2.2　像素格式　421
13.2.3　OpenGL渲染環(huán)境　426
13.3　綜合應(yīng)用　427
13.3.1　創(chuàng)建窗口　427
13.3.2　使用OpenGL渲染環(huán)境　430
13.3.3　其他Windows消息　433
13.4　Windows調(diào)色板　434
13.4.1　顏色匹配　434
13.4.2　調(diào)色板仲裁　435
13.4.3　為OpenGL創(chuàng)建調(diào)色板　436
13.4.4　調(diào)色板的創(chuàng)建和銷(xiāo)毀　439
13.5　OpenGL和Windows字體　440
13.5.1　3D字體和文本　441
13.5.2　2D字體和文本　442
13.6　全屏渲染　444
13.6.1　創(chuàng)建一個(gè)無(wú)邊框窗口　444
13.6.2　創(chuàng)建一個(gè)全屏窗口　445
13.7　多線(xiàn)程渲染　447
13.8　OpenGL和WGL擴(kuò)展　448
13.8.1　簡(jiǎn)單擴(kuò)展　448
13.8.2　使用新入口　449
13.8.3　WGL擴(kuò)展　449
13.9　小結(jié)　470
13.10　參考　470

第14章　MacOS X上的OpenGL　482
14.1　基礎(chǔ)知識(shí)　482
14.1.1　框架　482
14.1.2　使用GLUT API　483
14.2　使用AGL和Carbon API　483
14.2.1　像素格式　483
14.2.2　管理渲染環(huán)境　484
14.2.3　執(zhí)行雙緩沖渲染　485
14.2.4　你的第一個(gè)AGL程序　485
14.2.5　使用位圖字體　494
14.3　使用Cocoa API　504
14.3.1　NSOpenGL類(lèi)　504
14.3.2　你的第一個(gè)Cocoa程序　505
14.4　小結(jié)　512
14.5　參考　512

第15章　GLX：Linux上的OpenGL　516
15.1　基礎(chǔ)知識(shí)　516
15.1.1　使用OpenGL和X11函數(shù)庫(kù)　516
15.1.2　使用GLUT函數(shù)庫(kù)　518
15.1.3　Linux上的OpenGL　518
15.1.4　OpenGL模擬：Mesa　519
15.2　X Window系統(tǒng)的OpenGL擴(kuò)展　519
15.2.1　X Window系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)　519
15.2.2　選擇畫(huà)面　519
15.2.3　管理OpenGL渲染環(huán)境　520
15.2.4　創(chuàng)建OpenGL窗口　521
15.2.5　雙緩沖窗口　521
15.2.6　綜合應(yīng)用　521
15.3　為OpenGL創(chuàng)建位圖字體　528
15.4　離屏渲染　537
15.4.1　使用GLX Pixmap　537
15.4.2　使用Pbuffer　541
15.5　使用Motif函數(shù)庫(kù)　546
15.5.1　GLwDrawingArea和GLwMDrawingArea　546
15.5.2　回調(diào)資源　547
15.5.3　函數(shù)　548
15.5.4　綜合應(yīng)用　549
15.6　小結(jié)　557
15.7　參考　557

第三部分　下一代OpenGL

第16章　緩沖區(qū)對(duì)象　565
16.1　頂點(diǎn)數(shù)組　566
16.1.1　生成球狀微粒云彩　566
16.1.2　啟用頂點(diǎn)數(shù)組　567
16.1.3　使用更多的球體　568
16.2　遷移到緩沖區(qū)對(duì)象　569
16.2.1　緩沖區(qū)對(duì)象管理　570
16.2.2　用緩沖區(qū)對(duì)象進(jìn)行渲染　571
16.3　把數(shù)據(jù)載入到緩沖區(qū)對(duì)象　571
16.3.1　把數(shù)據(jù)復(fù)制到緩沖區(qū)對(duì)象　571
16.3.2　直接映射緩沖區(qū)對(duì)象　572
16.4　補(bǔ)遺　575
16.5　小結(jié)　576
16.6　參考　576

第17章　遮擋查詢(xún)　581
17.1　遮擋查詢(xún)之前的世界　581
17.2　邊框　584
17.3　對(duì)查詢(xún)對(duì)象進(jìn)行查詢(xún)　587
17.4　小結(jié)　589
17.5　參考　589

第18章　深度紋理和陰影　593
18.1　作為光源　594
18.1.1　使場(chǎng)景正好占據(jù)整個(gè)窗口　594
18.1.2　去掉華而不實(shí)的東西　594
18.2　一種新類(lèi)型的紋理　597
18.3　首先繪制陰影　597
18.4　然后是光照　598
18.4.1　投影陰影貼圖：“為什么”　598
18.4.2　投影陰影貼圖：“怎么做”　599
18.4.3　陰影比較　600
18.5　只用兩個(gè)就夠了　605
18.6　關(guān)于多邊形偏移　606
18.7　小結(jié)　606
18.8　參考　607

第19章　可編程管線(xiàn)　609
19.1　舊的被淘汰　609
19.1.1　固定的頂點(diǎn)處理　609
19.1.2　固定的片斷處理　611
19.2　新的占主導(dǎo)　612
19.2.1　可編程頂點(diǎn)著色器　612
19.2.2　固定功能膠水　614
19.2.3　可編程片斷著色器　614
19.3　著色器擴(kuò)展介紹　615
19.3.1　低層擴(kuò)展　615
19.3.2　高層擴(kuò)展　617
19.4　小結(jié)　618

第20章　低層著色(深入底層)　619
20.1　管理低層著色器　619
20.1.1　創(chuàng)建和綁定著色器　619
20.1.2　載入著色器　620
20.1.3　刪除著色器　621
20.1.4　設(shè)置擴(kuò)展　621
20.2　指令集　622
20.2.1　常用指令　622
20.2.2　專(zhuān)用于頂點(diǎn)的指令　623
20.2.3　專(zhuān)用于片斷的指令　624
20.3　變量類(lèi)型　624
20.3.1　臨時(shí)變量　625
20.3.2　參數(shù)　625
20.3.3　屬性　626
20.3.4　輸出　628
20.3.5　別名　629
20.3.6　地址　629
20.4　輸入和輸出限定符　630
20.4.1　輸入取負(fù)　630
20.4.2　輸入Swizzle　630
20.4.3　輸出寫(xiě)入掩碼　630
20.4.4　輸出限定　630
20.5　資源消耗和隊(duì)列　631
20.5.1　解析器限制　631
20.5.2　本地限制　632
20.5.3　其他查詢(xún)　633
20.6　著色器選項(xiàng)　633
20.6.1　位置不變性頂點(diǎn)選項(xiàng)　634
20.6.2　霧應(yīng)用片段選項(xiàng)　634
20.6.3　精度提示片斷選項(xiàng)　634
20.7　小結(jié)　634
20.8　參考　634

第21章　高層著色　644
21.1　管理高層著色器　644
21.1.1　著色器對(duì)象　644
21.1.2　程序?qū)ο蟆?46
21.1.3　設(shè)置擴(kuò)展　647
21.2　變量　648
21.2.1　基本類(lèi)型　648
21.2.2　結(jié)構(gòu)　649
21.2.3　數(shù)組　650
21.2.4　修飾符　650
21.2.5　內(nèi)置的變量　650
21.3　表達(dá)式　651
21.3.1　操作符　651
21.3.2　數(shù)組訪問(wèn)　652
21.3.3　構(gòu)造函數(shù)　652
21.3.4　成分選擇　653
21.4　控制流　653
21.4.1　循環(huán)　654
21.4.2　if/else　654
21.4.3　discard　654
21.4.4　函數(shù)　654
21.5　小結(jié)　656
21.6　參考　657

第22章　頂點(diǎn)著色　668
22.1　初次試驗(yàn)　668
22.2　散射光照　670
22.3　鏡面光照　672
22.4　改善鏡面光照　674
22.5　基于頂點(diǎn)的霧　680
22.6　基于頂點(diǎn)的點(diǎn)大小　683
22.7　自定義的頂點(diǎn)轉(zhuǎn)換　685
22.8　頂點(diǎn)混合　687
22.9　小結(jié)　691

第23章　片斷著色器　692
23.1　顏色轉(zhuǎn)換　692
23.1.1　灰度　692
23.1.2　調(diào)棕色　694
23.1.3　反色　694
23.1.4　熱信號(hào)　696
23.1.5　基于片斷的霧　697
23.2　圖像處理　699
23.2.1　模糊　699
23.2.2　銳化　702
23.2.3　膨脹和侵蝕　703
23.2.4　邊緣檢測(cè)　705
23.3　光照　707
23.3.1　散射光照　707
23.3.2　多重鏡面光照　710
23.4　過(guò)程紋理貼圖　714
23.4.1　棋盤(pán)紋理　714
23.4.2　沙灘球紋理　718
23.4.3　玩具球紋理　722
23.5　小結(jié)　727

附錄A　推薦讀物　728
A.1　其他優(yōu)秀的OpenGL書(shū)籍　728
A.2　3D圖形書(shū)籍　728
A.3　網(wǎng)站　728

附錄B　術(shù)語(yǔ)表　730

附錄C　OpenGL ES　733
C.1　數(shù)據(jù)類(lèi)型的削減　733
C.2　完全消除的特性　733
C.3　大幅度削減了的功能　734
C.3.1　紋理貼圖　734
C.3.2　光柵操作　734
C.3.3　光照　735
C.4　小結(jié)　735