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第一部分 经典OpenGL3

第1章 3D图形和OpenGL简介3

1.1　计算机图形的简单历史回顾3

1.1.1　进入CRT3

目录3

1.1.2　走向3D4

1.2　3D效果初探6

1.2.1　透视（视角）6

1.2.2　颜色和着色6

1.2.3 光照和阴影7

1.2.4　纹理贴图7

1.2.5 雾7

1.2.6　混和和透明8

1.2.7　抗锯齿8

1.3.1 实时3D9

1.3　3D图形的常见用途9

1.3.2 非实时3D10

1.4　3D编程的基本原则11

1.4.1 立即模式和保持模式（场景图）11

1.4.2 坐标系统11

1.4.3　投影（从3D到2D）14

1.5 小结16

第2章 使用OpenGL17

2.1 什么是OpenGL17

2.1.1　标准的演化18

2.1.2　API战争19

2.2 OpenGL的工作原理22

2.2.1 泛型实现22

2.2.2　硬件实现23

2.3　OpenGL是API而不是编程语言24

2.2.3 管线24

2.4　API规范25

2.4.1 数据类型25

2.4.2 函数名约定26

2.5 平台独立性27

2.5.1 使用GLUT27

2.5.2　设置编程环境28

2.5.3　你的第一个程序28

2.5.4　用OpenGL绘制形状32

2.6　使用OpenGL和GLUT生成动画37

2.7　OpenGL状态机40

2.8　OpenGL错误41

2.9　确认版本42

2.10　调用glHint获得线索42

2.11 使用扩展42

2.11.2　这是谁的扩展43

2.11.1 检查扩展43

2.11.3　在Windows中使用OpenGL 1.1以后的版本44

2.12 小结44

2.13　参考45

第3章　在空间中绘图（几何图元和缓冲区）55

3.1 在3D 中绘制点55

3.2 设置3D画布56

3.3　3D空间中的点——顶点57

3.4 绘制图形58

3.5 设置点的大小60

3.6　在3D空间中画直线62

3.6.1 线带和线环63

3.6.2　用直线构成近似曲线64

3.6.3　设置直线的宽度64

3.6.4　直线点画66

3.7.2　环绕68

3.7.1 三角形——第一种多边形68

3.7　在3D空间中绘制三角形68

3.7.3 三角形带69

3.7.4　三角形扇69

3.8　创建实心物体70

3.8.1　设置多边形颜色72

3.8.2 隐藏表面消除72

3.8.3 剔除：隐藏表面，提高性能73

3.8.4 多边形模式75

3.9 其他图元75

3.9.1 四条边的多边形——四边形75

3.9.2 通用多边形76

3.9.3　填充多边形，回顾点画76

3.9.4 多边形创建规则79

3.9.5　细分和边界80

3.10.1　使用缓冲区目标82

3.10　其他缓冲区技巧82

3.10.2　操纵深度缓冲区83

3.10.3　用剪刀进行裁剪84

3.10.4　使用模版缓冲区85

3.11　小结88

3.12　参考88

第4章　几何转换——管线100

4.1 本章是不是枯燥的数学课100

4.2　理解转换101

4.2.1　视觉坐标101

4.2.2 视图转换102

4.2.3　模型转换102

4.2.4　模型视图二元性103

4.2.5　投影转换104

4.2.6　视口转换104

4.3.2　转换管线105

4.3.1　什么是矩阵105

4.3　矩阵——3D图形的数学基础105

4.3.3　模型视图矩阵106

4.3.4　单位矩阵108

4.3.5　矩阵堆栈109

4.3.6　一个原子例子110

4.4　使用投影112

4.4.1 投影112

4.4.2　透视投影113

4.4.3 一个远处缩小的例子114

4.5　高级矩阵操作116

4.5.1　载入矩阵117

4.5.2 自己执行转换118

4.5.3　把转换放在一起120

4.6　使用照相机和角色在OpenGL中移动121

4.6.1 角色帧121

4.6.3　照相机管理122

4.6.2　欧拉角：“卢克！请使用帧”122

4.7　综合应用123

4.8 小结127

4.9　参考128

第5章　颜色、材料和光照基础知识134

5.1　什么是颜色134

5.1.1 光的波性134

5.1.2　光的粒子性135

5.1.3　人眼作为光子检测器136

5.1.4　计算机作为光子检测器136

5.2　PC颜色硬件137

5.3　PC显示模式137

5.3.1　屏幕分辨率138

5.3.2　颜色深度138

5.4.1　颜色立方体139

5.4　在OpenGL 中使用颜色139

5.4.3 着色140

5.4.2　设置绘图颜色140

5.4.4　设置着色模型142

5.5 现实世界的颜色142

5.5.1 环境光143

5.5.2　散射光143

5.5.3　镜面光143

5.5.4　综合考虑143

5.6　现实世界的材料144

5.6.1 材料属性144

5.6.2　向材料添加光照144

5.6.3　计算环境光效果144

5.7　向场景添加光照145

5.7.1　启用光照145

5.6.4　散射和镜面光效果145

5.7.2　设置光照模型146

5.7.3　设置材料属性146

5.8　使用光源148

5.8.1 哪种方式最合适148

5.8.2　表面法线149

5.8.3　指定法线149

5.8.4　单位法线150

5.8.5　寻找法线151

5.8.6　设置光源152

5.8.7　设置材料属性153

5.8.8　指定多边形153

5.9　光照效果154

5.9.1 镜面加亮154

5.9.2　镜面光154

5.9.3　镜面反射155

5.9.4　镜面指数156

5.9.5　法线均衡157

5.10　综合讨论158

5.10.1　创建亮点158

5.10.2　绘制光点159

5.11 阴影162

5.11.1　什么是阴影163

5.11.2　实现压平的代码163

5.11.3　一个阴影例子164

5.11.4　重新回顾球体世界166

5.12　小结167

5.13　参考167

第6章　颜色和材料的更多细节174

6.1 混合174

6.1.1　组合颜色174

6.1.3　抗锯齿177

6.1.2　修改混合方程式177

6.2　雾181

6.3　累积缓冲区183

6.4　其他颜色操作185

6.4.1　颜色掩码185

6.4.2　颜色逻辑操作185

6.4.3　Alpha测试186

6.4.4　抖动186

6.5　小结186

6.6　参考187

第7章　OpenGL中的图像191

7.1　位图191

7.2　像素包装195

7.3　像素图196

7.3.1 经过包装的像素格式198

7.3.2 一个颜色更丰富的例子198

7.3.3　移动像素200

7.3.4　保存像素201

7.4　像素的更多乐趣203

7.4.1　像素缩放208

7.4.2　像素转移208

7.4.3　像素映射211

7.5　图像“子集”212

7.6　小结222

7.7　参考223

第8章　纹理贴图基础知识239

8.1　载入纹理239

8.1.1　使用颜色缓冲区242

8.1.2　更新纹理242

8.2　将纹理贴图到几何图形243

8.3 一个简单的2D例子244

8.4　纹理环境249

8.5　纹理参数250

8.5.1 基本过滤250

8.5.2　纹理环绕251

8.5.3　带纹理的卡通252

8.5.4　Mip贴图256

8.6　纹理对象259

8.7　小结266

8.8　参考266

第9章　纹理贴图高级知识279

9.1 第二颜色279

9.2　各向异性过滤281

9.3　纹理压缩282

9.3.1　压缩纹理283

9.3.2　载入压缩纹理284

9.4　纹理坐标生成284

9.4.1 物体线性贴图289

9.4.2　视觉线性贴图290

9.4.3　球体贴图291

9.4.4　立方体贴图292

9.5 多重纹理294

9.5.1 多重纹理坐标295

9.5.2　一个多重纹理例子295

9.6　纹理组合器298

9.7　小结300

9.8　参考300

第10章　曲线和表面306

10.1 内部支持的表面306

10.1.1　设置二次方程状态307

10.1.2　绘制二次方程图形308

10.1.3　用二次方程进行建模311

10.2　Bézier曲线和表面312

10.2.1 参数方程表示形式313

10.2.2　求值器314

10.3 NURBS321

10.3.1　从Bézier到B样条321

10.3.2 结点322

10.3.3　创建NURBS表面322

10.3.4　NURBS属性323

10.3.5　定义表面323

10.3.6　修剪324

10.3.7　NURBS表面326

10.4　镶嵌326

10.4.1 镶嵌器327

10.4.2　镶嵌器回调函数327

10.4.3　指定顶点数据328

10.4.4　综合应用328

10.6　参考332

10.5 小结332

11.1　模型装配101353

第11章　这就是管线—更快的几何图形渲染353

11.2　显示列表363

11.2.1　批处理363

11.2.2　预批处理364

11.2.3　使用显示列表的一些注意事项365

11.2.4　转换到显示列表365

11.3　测量性能366

11.4　顶点数组370

11.4.1 载入几何图形373

11.4.2　启用数组374

1 1.4.3　数据在哪里374

11.4.4　进行绘图375

11.4.5　索引顶点数组376

11.6　参考385

11.5　小结385

第12章　交互式图形395

12.1 选择395

12.1.1 为图元命名396

12.1.2　在选择模式下工作397

12.1.3　选择缓冲区398

12.1.4　挑选399

12.1.5　层次式挑选401

12.1.6　反馈404

12.1.7　反馈缓冲区404

12.1.8　反馈数据405

12.1.9　用户定义标记405

12.2　一个反馈例子406

12.2.1　 对物体加上标签以便反馈406

12.2.2　步骤1：选择物体408

12.2.3 步骤2：从物体获取反馈信息409

12.4　参考411

12.3 小结411

第二部分　OpenGL无处不在417

第13章　Windows上的OpenGL Wiggle417

13.1　Windows上的OpenGL实现417

13.1.1 泛型OpenGL418

13.1.2 可安装客户驱动程序（ICD）418

13.1.3　Mini客户驱动程序（MCD）418

13.1.4　Mini驱动程序419

13.1.5　扩展OpenGL419

13.2　基本的窗口渲染420

13.2.1　GDI设备环境420

13.2.2　像素格式421

13.2.3　OpenGL渲染环境426

13.3.1　创建窗口427

13.3　综合应用427

13.3.2　使用OpenGL渲染环境430

13.3.3　其他Windows消息433

13.4　Windows调色板434

13.4.1　颜色匹配434

13.4.2　调色板仲裁435

13.4.3　为OpenGL创建调色板436

13.4.4　调色板的创建和销毁439

13.5　OpenGL和Windows字体440

13.5.1　3D字体和文本441

13.5.2　2D字体和文本442

13.6　全屏渲染444

13.6.1　创建一个无边框窗口444

13.6.2　创建一个全屏窗口445

13.7　多线程渲染447

13.8.1　简单扩展448

13.8　OpenGL和WGL扩展448

13.8.2　使用新入口449

13.8.3　WGL扩展449

13.9　小结470

13.10　参考470

第14章　MacOS X上的OpenGL482

14.1　基础知识482

14.1.1　框架482

14.1.2　使用GLUT API483

14.2　使用AGL和CarbonAPI483

14.2.1　像素格式483

14.2.2　管理渲染环境484

14.2.3 执行双缓冲渲染485

14.2.4　你的第一个AGL程序485

14.2.5　使用位图字体494

14.3.1　NSOpenGL类504

14.3　使用Cocoa API504

14.3.2　你的第一个Cocoa程序505

14.4　小结512

14.5　参考512

第15章　GLX：Linux上的OpenGL516

15.1　基础知识516

15.1.1　使用OpenGL和X11函数库516

15.1.2　使用GLUT函数库518

15.1.3　Linux上的OpenGL518

15.1.4　OpenGL模拟：Mesa519

15.2　X Window系统的OpenGL扩展519

15.2.1　X Window系统基础知识519

15.2.2　选择画面519

15.2.3　管理OpenGL渲染环境520

15.2.6　综合应用521

15.2.5　双缓冲窗口521

15.2.4　创建OpenGL窗口521

15.3　为OpenGL创建位图字体528

15.4　离屏渲染537

15.4.1　使用GLX Pixmap537

15.4.2　使用Pbuffer541

15.5　使用Motif函数库546

15.5.1　GLwDrawingArea和GLwMDrawingArea546

15.5.2　回调资源547

15.5.3 函数548

15.5.4　综合应用549

15.6　小结557

15.7　参考557

第三部分　下一代OpenGL565

第16章　缓冲区对象565

16.1.1 生成球状微粒云彩566

16.1　顶点数组566

16.1.2　启用顶点数组567

16.1.3　使用更多的球体568

16.2　迁移到缓冲区对象569

16.2.1 缓冲区对象管理570

16.2.2　用缓冲区对象进行渲染571

16.3　把数据载入到缓冲区对象571

16.3.1 把数据复制到缓冲区对象571

16.3.2　直接映射缓冲区对象572

16.4　补遗575

16.5　小结576

16.6　参考576

第17章　遮挡查询581

17.1　遮挡查询之前的世界581

17.2 边框584

17.3 对查询对象进行查询587

17.5　参考589

17.4　小结589

第18章　深度纹理和阴影593

18.1　作为光源594

18.1.1　使场景正好占据整个窗口594

18.1.2　去掉华而不实的东西594

18.2　一种新类型的纹理597

18.3　首先绘制阴影597

18.4　然后是光照598

18.4.1　投影阴影贴图：“为什么”598

18.4.2　投影阴影贴图：“怎么做”599

18.4.3　阴影比较600

18.5 只用两个就够了605

18.6　关于多边形偏移606

18.7　小结606

18.8　参考607

19.1.1 固定的顶点处理609

19.1 旧的被淘汰609

第19章　可编程管线609

19.1.2　固定的片断处理611

19.2　新的占主导612

19.2.1 可编程顶点着色器612

19.2.2　固定功能胶水614

19.2.3　可编程片断着色器614

19.3　着色器扩展介绍615

19.3.1　低层扩展615

19.3.2　高层扩展617

19.4　小结618

第20章　低层着色（深入底层）619

20.1　管理低层着色器619

20.1.1　创建和绑定着色器619

20.1.2　载入着色器620

20.1.4　设置扩展621

20.1.3　删除着色器621

20.2.1 常用指令622

20.2　指令集622

20.2.2　专用于顶点的指令623

20.2.3　专用于片断的指令624

20.3　变量类型624

20.3.1 临时变量625

20.3.2　参数625

20.3.3　属性626

20.3.4　输出628

20.3.5　别名629

20.3.6　地址629

20.4.2　输入Swizzle630

20.4.4　输出限定630

20.4.3　输出写入掩码630

20.4.1 输入取负630

20.4　输入和输出限定符630

20.5　资源消耗和队列631

20.5.1　解析器限制631

20.5.2　本地限制632

20.5.3　其他查询633

20.6　着色器选项633

20.6.1　位置不变性顶点选项634

20.6.2　雾应用片段选项634

20.6.3　精度提示片断选项634

20.7 小结634

20.8　参考634

第21章　高层着色644

21.1　管理高层着色器644

21.1.1　着色器对象644

21.1.2　程序对象646

21.1.3　设置扩展647

21.2　变量648

21.2.1　基本类型648

21.2.2　结构649

21.2.3　数组650

21.2.4　修饰符650

21.2.5 内置的变量650

21.3　表达式651

21.3.1　操作符651

21.3.2　数组访问652

21.3.3　构造函数652

21.3.4　成分选择653

21.4　控制流653

21.4.3　discard654

21.4.4　函数654

21.4.2　if/else654

21.4.1　循环654

21.5　小结656

21.6　参考657

第22章　顶点着色668

22.1 初次试验668

22.2　散射光照670

22.3　镜面光照672

22.4　改善镜面光照674

22.5　基于顶点的雾680

22.6　基于顶点的点大小683

22.7 自定义的顶点转换685

22.8　顶点混合687

22.9　小结691

23.1.1　灰度692

23.1　颜色转换692

第23章　片断着色器692

23.1.2　调棕色694

23.1.3　反色694

23.1.4　热信号696

23.1.5　基于片断的雾697

23.2　图像处理699

23.2.1　模糊699

23.2.2　锐化702

23.2.3　膨胀和侵蚀703

23.2.4 边缘检测705

23.3　光照707

23.3.1　散射光照707

23.3.2　多重镜面光照710

23.4　过程纹理贴图714

23.4.1　棋盘纹理714

23.4.2　沙滩球纹理718

23.4.3　玩具球纹理722

23.5　小结727

附录A　推荐读物728

A.1　其他优秀的OpenGL书籍728

A.2　3D图形书籍728

A.3　网站728

附录B　术语表730

附录C　OpenGLES733

C.1　数据类型的削减733

C.2　完全消除的特性733

C.3　大幅度削减了的功能734

C.3.1 纹理贴图734

C.3.2　光栅操作734

C.3.3　光照735

C.4　小结735