圖形著色器

內(nèi)容概要

本書詳細(xì)闡述了與著色器程序設(shè)計相關(guān)的高效解決方案及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，主要包括固定功能管線、OpenGL著色
器的發(fā)展、著色器基本概念、使用glman、GLSL著色器語言、光照、頂點著色器、片元著色器和表面外觀、片元著色器中的表
面紋理、噪聲、基于著色器的圖像處理、幾何著色器的概念和示例、細(xì)分著色器、GLSLAPI、基于著色器的科學(xué)可視化計算以
及著色器應(yīng)用等內(nèi)容。此外，本書還提供了相應(yīng)的算法、代碼以及偽代碼，以幫助讀者進(jìn)一步理解相關(guān)方案的實現(xiàn)過程。
本書適合作為高等院校計算機(jī)及相關(guān)專業(yè)的教材和教學(xué)參考書，也可作為相關(guān)開發(fā)人員的自學(xué)教材和參考手冊。

書籍目錄

第1章  固定功能管線  1
傳統(tǒng)的視見方案  1
頂點操作  1
管線的片元處理  3
圖形管線中的狀態(tài)  4
傳統(tǒng)視見機(jī)制的實現(xiàn)方案  5
頂點處理操作  5
渲染處理操作  6
固定管線中的齊次坐標(biāo)  9
頂點數(shù)組  10
本章小結(jié)  13
本章練習(xí)  14
第2章  OpenGL著色器的發(fā)展  16
著色器發(fā)展史  17
OpenGL著色器發(fā)展史  19
OpenGL 2.0/GLSL 1.10  19
OpenGL 3.x/GLSL 3.30  19
OpenGL 4.0/GLSL 4.00  20
OpenGL 4.x/GLSL 4.x0  21
內(nèi)部原因  21
OpenGL ES  22
處理不同版本  22
本書方案  22
變量名命名規(guī)則  23
本章練習(xí)  23
第3章  著色器基本概念  24
圖形管線中的著色器  24
頂點著色器  26
片元著色器  29
細(xì)分著色器  31
幾何著色器  34
圖形著色器——理論與實踐（第 2 版） ·X·
GLSL著色器語言  35
應(yīng)用程序與著色器之間的數(shù)據(jù)傳遞  38
在應(yīng)用程序中定義attribute變量  38
在應(yīng)用程序中定義uniform變量  40
GLSL新版本之間的轉(zhuǎn)換方式  42
本章練習(xí)  44
第4章  glman的使用  45
使用glman  46
加載GLIB文件  47
編輯GLIB文件和著色器文件  47
生成GLIB場景  47
窗口和視見操作  47
轉(zhuǎn)換操作  48
定義幾何對象  48
定義紋理  50
定義著色器名  50
其他命令  51
定義uniform變量  51
GLIB文件示例  53
紋理和噪聲  54
使用紋理  55
使用噪聲紋理  55
glman界面窗口功能  56
生成并顯示場景的硬拷貝  56
全局場景轉(zhuǎn)換  57
眼睛轉(zhuǎn)換  57
對象拾取和轉(zhuǎn)換  57
紋理轉(zhuǎn)換  58
顯示幀速率  58
其他功能項  59
本章練習(xí)  59
第5章  GLSL著色器語言  61
著色器語言的成因  61
圖形卡功能項  62
通用GLSL語言  63
共享命名空間  64
函數(shù)擴(kuò)展和操作符功能項  64
目    錄 ·XI·
新增函數(shù)  64
新增變量類型  65
新增函數(shù)參數(shù)類型  65
具體實現(xiàn)  65
忽略的語言功能項  66
新增矩陣和向量類型  66
名稱集  67
向量構(gòu)造函數(shù)  67
矩陣和向量擴(kuò)展函數(shù)  68
矩陣和向量的擴(kuò)展操作  70
新增函數(shù)  71
混合操作  75
新增函數(shù)參數(shù)類型  75
const變量  76
兼容模式  76
定義兼容模式  76
OpenGL 2.1內(nèi)建數(shù)據(jù)類型  77
綜述  81
本章練習(xí)  81
第6章  光照  82
ADS光照模型  82
ADS光照模型函數(shù)  83
光源類型  85
固定光源  85
有向光源  86
聚光燈  86
構(gòu)建基于著色器的光照機(jī)制  88
固定著色  88
平滑著色  89
Phong著色方案  89
各向異性著色  90
本章練習(xí)  91
第7章  頂點著色器  92
圖形管線中的頂點著色器  93
頂點著色器的輸入數(shù)據(jù)  93
源自頂點著色器的輸出數(shù)據(jù)  94
幾何體  94
頂點著色器之后的固定功能處理  96
圖形著色器——理論與實踐（第 2 版） ·XII·
頂點著色器和細(xì)分著色器之間的關(guān)系  96
頂點著色器和幾何著色器之間的關(guān)系  96
利用頂點著色器替換固定功能圖形操作  97
標(biāo)準(zhǔn)的頂點處理過程  97
基于頂點著色器的固定功能管線擴(kuò)展  97
頂點修正  98
頂點著色器中的問題  100
生成法線  100
綜述  101
本章練習(xí)  102
第8章  片元著色器和表面外觀  103
片元著色器的基本功能  104
片元著色器的輸入數(shù)據(jù)  104
片元著色器的in變量  105
坐標(biāo)系  106
片元著色器處理機(jī)制  107
源自片元著色器的輸出數(shù)據(jù)  107
利用片元處理器替換固定功能處理  107
著色機(jī)制  107
傳統(tǒng)的紋理貼圖  108
偽色  108
片元著色器后續(xù)步驟  110
其他著色器效果  110
像素丟棄  111
Phong著色  111
基于解析法線的著色機(jī)制  112
各向異性著色  113
基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的色彩方案  114
使用其他數(shù)據(jù)生成圖像  115
本章練習(xí)  116
第9章  片元著色器中的表面紋理  117
紋理坐標(biāo)  117
傳統(tǒng)的紋理貼圖  117
GLSL紋理貼圖  118
紋理上下文  120
固定功能管線中的紋理環(huán)境  121
紋理采樣參數(shù)  121
目    錄 ·XIII·
采樣器  122
過程紋理  122
凹凸貼圖  127
立方體貼圖  132
渲染至紋理  135
渲染至紋理（glman多路渲染）  138
本章練習(xí)  140
第10章  噪聲  141
噪聲的基本概念  141
3種噪聲類型：數(shù)值、梯度以及數(shù)值+梯度  142
三次插值和五次插值  142
噪聲方程  143
其他噪聲  145
分形布朗運動（FBM，1/f，倍頻程）  146
二維噪聲和三維噪聲  146
基于glman的噪聲  148
基于內(nèi)建GLSL函數(shù)使用噪聲紋理  149
湍流  149
不同環(huán)境中的噪聲示例  151
大理石著色器  153
云彩著色器  153
木材著色器  155
與噪聲相關(guān)的高級話題  156
noisegraph應(yīng)用程序  156
本章練習(xí)  157
第11章  基于著色器的圖像處理  159
基本概念  160
單幅圖像處理  160
亮度  160
CMYK轉(zhuǎn)換  161
色調(diào)轉(zhuǎn)換  163
圖像過濾機(jī)制  165
圖像模糊操作  166
色度鍵圖像  167
立體視圖  169
3D電視  171
邊檢測技術(shù)  173
圖形著色器——理論與實踐（第 2 版） ·XIV·
浮雕效果  174
卡通著色器  176
藝術(shù)視覺效果  177
圖像的翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)和扭曲  178
圖像混合處理  182
基于固定基圖像的圖像混合操作  183
反像  183
亮度  184
對比度  184
圖像的自身混合操作  185
飽和度  185
銳利度  186
不同圖像間的混合操作  187
其他合成方案  188
圖像漸變  190
內(nèi)容提示  194
本章練習(xí)  195
第12章  幾何著色器的概念和示例  198
幾何著色器的功能  198
新型鄰接圖元  200
基于輸入和輸出變量的布局結(jié)構(gòu)  201
新增OpenGL API函數(shù)  201
新增GLSL變量以及變量類型  203
頂點著色器或細(xì)分著色器與幾何著色器之間的通信  203
幾何著色器中的法線  204
應(yīng)用示例  205
Bezier曲線  205
收縮三角形  207
球體細(xì)分  208
3D對象輪廓邊  211
本章練習(xí)  213
第13章  細(xì)分著色器  214
細(xì)分著色器定義  214
細(xì)分著色器與幾何著色器  215
細(xì)分著色器概念  216
設(shè)置細(xì)分級別時的問題  219
應(yīng)用示例  219
目    錄 ·XV·
等值線  219
Bezier曲面  222
球體細(xì)分  228
基于屏幕覆蓋率的整球細(xì)分  233
PN三角形  236
綜述  241
本章練習(xí)  241
第14章  GLSL API  243
OpenGL程序處理中的著色器  243
處理OpenGL擴(kuò)展  244
GLSL著色器程序的創(chuàng)建方式  245
創(chuàng)建并編譯著色器對象  245
CheckGLErrors()函數(shù)  247
創(chuàng)建、綁定、鏈接并激活著色器程序  248
生成著色器程序并綁定著色器對象  248
著色器程序的鏈接操作  249
激活著色器程序  250
向著色器傳遞數(shù)據(jù)  250
在應(yīng)用程序中定義uniform變量  251
兼容模式下的uniform變量  253
在應(yīng)用程序中定義attribute變量  254
兼容模式下的attribute變量  255
著色器程序的C++控制類  256
本章練習(xí)  257
第15章  基于著色器的科學(xué)可視化計算  258
基于圖像的可視化技術(shù)  258
負(fù)像  258
圖像邊檢測  259
卡通渲染  259
雙曲線幾何學(xué)  260
3D標(biāo)量數(shù)據(jù)可視化計算  263
點云  264
剖切面  267
體探測  270
直接體渲染  271
其他轉(zhuǎn)換函數(shù)  276
通過幾何對象傳遞數(shù)據(jù)值  279
圖形著色器——理論與實踐（第 2 版） ·XVI·
地形凹凸貼圖  280
流顯示  283
2D線積分卷積  283
3D線積分卷積  285
獲取流線對象  286
幾何可視化  289
輪廓邊技術(shù)  289
刺狀區(qū)  290
本章練習(xí)  292
第16章  著色器應(yīng)用  295
光線干涉現(xiàn)象  295
衍射光柵  295
油膜  299
透鏡效果  301
浴室玻璃  304
大氣效果  306
彩虹  307
輝光效果  310
其他視效函數(shù)  312
glman Timer函數(shù)  313
迪斯科球  313
霧效果  315
3D幾何體變形  316
算法藝術(shù)  319
Connett圓  319
運動狀態(tài)下的可見信息  321
爆炸效果著色器  322
本章練習(xí)  324
參考文獻(xiàn)  326
附錄A  基于GLSL程序的C++類  329
附錄B  Matrix4 C++類  331
附錄C  Vec C++類  334
附錄D  頂點數(shù)組類  336

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