計(jì)算機(jī)圖形學(xué)編程（使用OpenGL和C++ 第2版）

第 1 章 入門 1
1.1　語言和庫　1
1.1.1　C 　1
1.1.2　OpenGL / GLSL　2
1.1.3　窗口管理庫　2
1.1.4　擴(kuò)展庫　2
1.1.5　數(shù)學(xué)庫　3
1.1.6　紋理圖像加載庫　3
1.1.7　可選庫　3
1.2　安裝和配置　3
參考資料　4
第　2 章 OpenGL 圖像管線　5
2.1　OpenGL 管線　5
2.1.1　C /OpenGL 應(yīng)用程序　6
2.1.2　頂點(diǎn)著色器和片段著色器　8
2.1.3　曲面細(xì)分著色器　11
2.1.4　幾何著色器　11
2.1.5　柵格化　12
2.1.6　片段著色器　13
2.1.7　像素操作　13
2.2　檢測 OpenGL 和 GLSL 錯(cuò)誤　14
2.3　從文件中讀取 GLSL 源代碼　16
2.4　從頂點(diǎn)構(gòu)建對象　17
2.5　場景動(dòng)畫　18
2.6　C 代碼文件結(jié)構(gòu)　19
補(bǔ)充說明　20
習(xí)題　21
參考資料　21
第　3 章 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)　22
3.1　3D 坐標(biāo)系統(tǒng)　22
3.2　點(diǎn)　22
3.3　矩陣　22
3.4　變換矩陣　24
3.4.1　平移矩陣　24
3.4.2　縮放矩陣　25
3.4.3　旋轉(zhuǎn)矩陣　25
3.5　向量　26
3.5.1　點(diǎn)積的應(yīng)用　27
3.5.2　叉積的應(yīng)用　28
3.6　局部和世界空間　28
3.7　視覺空間和合成相機(jī)　28
3.8　投影矩陣　30
3.8.1　透視投影矩陣　30
3.8.2　正射投影矩陣　31
3.9　LookAt 矩陣　32
3.10　用來構(gòu)建矩陣變換的 GLSL
函數(shù)　32
補(bǔ)充說明　33
習(xí)題　34
參考資料　34
第　4 章 管理 3D 圖形數(shù)據(jù)　35
4.1　緩沖區(qū)和頂點(diǎn)屬性　35
4.2　統(tǒng)一變量　37
4.3　頂點(diǎn)屬性插值　37
4.4　模型-視圖和透視矩陣　38
4.5　我們的第 一個(gè)3D程序—— 一個(gè)3D立方體　39
4.6　渲染一個(gè)對象的多個(gè)副本　45
實(shí)例化　45
4.7　在同一個(gè)場景中渲染多個(gè)不同模型　47
4.8　矩陣?！?9
4.9　應(yīng)對“Z 沖突”偽影　53
4.10　圖元的其他選項(xiàng)　54
4.11　性能優(yōu)先的編程方法　55
4.11.1　盡量減少動(dòng)態(tài)內(nèi)存空間分配　55
4.11.2　預(yù)先計(jì)算透視矩陣　55
4.11.3　背面剔除　56
補(bǔ)充說明　58
習(xí)題　58
參考資料　59
第　5 章 紋理貼圖　60
5.1　加載紋理圖像文件　60
5.2　紋理坐標(biāo)　61
5.3　創(chuàng)建紋理對象　62
5.4　構(gòu)建紋理坐標(biāo)　62
5.5　將紋理坐標(biāo)載入緩沖區(qū)　63
5.6　在著色器中使用紋理：采樣器變量和紋理單元　64
5.7　紋理貼圖：示例程序　64
5.8　多級(jí)漸遠(yuǎn)紋理貼圖　66
5.9　各向異性過濾　69
5.10　環(huán)繞和平鋪　69
5.11　透視變形　70
5.12　材質(zhì)—更多OpenGL細(xì)節(jié)　71
補(bǔ)充說明　72
習(xí)題　72
參考資料　72
第　6 章 3D 模型　74
6.1　程序構(gòu)建模型—構(gòu)建一個(gè)球體　74
6.2　OpenGL 索引—構(gòu)建一個(gè)環(huán)面　79
6.2.1　環(huán)面　79
6.2.2　OpenGL 中的索引　79
6.3　加載外部構(gòu)建的模型　84
補(bǔ)充說明　90
習(xí)題　90
參考資料　90
第　7 章 光照　91
7.1　光照模型　91
7.2　光源　91
7.3　材質(zhì)　93
7.4　ADS 光照計(jì)算　95
7.5　實(shí)現(xiàn) ADS 光照　96
7.5.1　Gouraud 著色（雙線性光強(qiáng)插值法）　97
7.5.2　Phong 著色　101
7.6　結(jié)合光照與紋理　105
補(bǔ)充說明　106
歷史記錄　106
習(xí)題　107
參考資料　107
第　8 章 陰影　108
8.1　陰影的重要性　108
8.2　投影陰影　108
8.3　陰影體　109
8.4　陰影貼圖　109
8.4.1　陰影貼圖（第 1 輪）—— 從光源位置“繪制”物體　110
8.4.2　陰影貼圖（中間步驟）——將 Z 緩沖區(qū)復(fù)制到紋理　111
8.4.3　陰影貼圖（第 2 輪）—— 渲染帶陰影的場景　111
8.5　陰影貼圖示例　113
8.6　陰影貼圖的偽影　117
8.7　柔和陰影　119
8.7.1　現(xiàn)實(shí)世界中的柔和陰影　119
8.7.2　生成柔和陰影——百分比鄰近濾波（PCF）　120
8.7.3　柔和陰影/PCF 程序　122
補(bǔ)充說明　124
習(xí)題　124
參考資料　125
第　9 章 天空和背景　126
9.1　天空盒　126
9.2　穹頂　127
9.3　實(shí)現(xiàn)天空盒　128
9.3.1　從頭開始構(gòu)建天空盒　128
9.3.2　使用 OpenGL 立方體貼圖　131
9.4　環(huán)境貼圖　133
補(bǔ)充說明　136
習(xí)題　137
參考資料　137
第　10 章 增強(qiáng)表面細(xì)節(jié)　138
10.1　凹凸貼圖　138
10.2　法線貼圖　139
10.3　高度貼圖　145
補(bǔ)充說明　146
習(xí)題　147
參考資料　147
第　11 章 參數(shù)曲面　148
11.1　二次貝塞爾曲線　148
11.2　三次貝塞爾曲線　149
11.3　二次貝塞爾曲面　151
11.4　三次貝塞爾曲面　152
補(bǔ)充說明　153
習(xí)題　153
參考資料　153
第　12 章 曲面細(xì)分　154
12.1　OpenGL 中的曲面細(xì)分　154
12.2　貝塞爾曲面細(xì)分　158
12.3　地形、高度圖的細(xì)分　162
12.4　控制細(xì)節(jié)級(jí)別　166
補(bǔ)充說明　168
習(xí)題　168
參考資料　168
第　13 章 幾何著色器　169
13.1　OpenGL 中的逐個(gè)圖元處理　169
13.2　修改圖元　170
13.3　刪除圖元　172
13.4　添加圖元　173
13.5　更改圖元類型　175
補(bǔ)充說明　176
習(xí)題　176
參考資料　176
第　14 章 其他技術(shù)　177
14.1　霧　177
14.2　復(fù)合、混合、透明度　178
14.3　用戶定義剪裁平面　182
14.4　3D 紋理　183
14.5　噪聲　187
14.6　噪聲應(yīng)用——大理石　190
14.7　噪聲應(yīng)用——木材　193
14.8　噪聲應(yīng)用——云　195
14.9　噪聲應(yīng)用——特殊效果　198
補(bǔ)充說明　199
習(xí)題　200
參考資料　200
第　15 章 模擬水面　202
15.1　游泳池表面和底部的幾何設(shè)定　202
15.2　添加水面反射和折射　205
15.3　添加水面波浪　212
15.4　更多修正　213
15.5　為水的流動(dòng)添加動(dòng)畫　216
15.6　水下焦散　218
補(bǔ)充說明　219
習(xí)題　220
參考資料　220
第　16 章 光線追蹤和計(jì)算著色器　221
16.1　計(jì)算著色器　222
16.1.1　編譯及使用計(jì)算著色器　222
16.1.2　計(jì)算著色器中的并行計(jì)算　222
16.1.3　工作組　225
16.1.4　工作組詳解　225
16.1.5　工作組的限制　227
16.2　光線投射　227
16.2.1　定義 2D 紋理圖像　228
16.2.2　構(gòu)建和顯示光線投射圖像　228
16.2.3　光線與球面的交點(diǎn)　233
16.2.4　軸對齊的光線與立方體的交點(diǎn)　234
16.2.5　無光照的簡單光線投射的輸出　235
16.2.6　添加 ADS 光照　235
16.2.7　添加陰影　237
16.2.8　非軸對齊的光線與立方體的交點(diǎn)　238
16.2.9　確定紋理坐標(biāo)　239
16.2.10　平面交點(diǎn)和過程紋理　244
16.3　光線追蹤　246
16.3.1　反射　246
16.3.2　折射　247
16.3.3　結(jié)合反射、折射和紋理　249
16.3.4　增加光線數(shù)　250
16.3.5　通用解決方案　254
16.3.6　更多示例　257
16.3.7　透明對象的顏色混合　260
補(bǔ)充說明　264
習(xí)題　265
參考資料　265
第　17 章 3D 眼鏡和 VR 頭顯的立體視覺　267
17.1　雙目視圖和投影矩陣　268
17.2　色差式渲染　269
17.3　并排式渲染　270
17.4　修正頭顯的鏡頭畸變　271
17.5　簡單的測試硬件配置　276
補(bǔ)充說明　277
習(xí)題　277
參考資料　277
附錄　A PC（Windows）上的安裝與設(shè)置　279
A.1　安裝庫和開發(fā)環(huán)境　279
A.1.1　安裝開發(fā)環(huán)境　279
A.1.2　安裝 OpenGL/GLSL　279
A.1.3　準(zhǔn)備 GLFW　279
A.1.4　準(zhǔn)備 GLEW　280
A.1.5　準(zhǔn)備 GLM　280
A.1.6　準(zhǔn)備 SOIL2　280
A.1.7　準(zhǔn)備共享的 lib 和include 文件夾　280
A.2　在 MS Visual Studio 中開發(fā)和部署 OpenGL 項(xiàng)目　281
創(chuàng)建　Visual Studio 自定義項(xiàng)目模板　281
參考資料　282
附錄　B Mac（macOS）平臺(tái)上的安裝與設(shè)置　283
B.1　安裝庫和開發(fā)環(huán)境　283
B.1.1　準(zhǔn)備并安裝依賴庫　283
B.1.2　準(zhǔn)備開發(fā)環(huán)境　284
B.2　修改 Mac 的 C /OpenGL/ GLSL 應(yīng)用程序代碼　285
B.2.1　修改 C 代碼　285
B.2.2　修改 GLSL 代碼　286
參考資料　287
附錄　C 使用 Nsight 圖形調(diào)試器　288
C.1　關(guān)于 NVIDIA Nsight　288
C.2　設(shè)置 Nsight　288
C.3　在 Nsight 中運(yùn)行 C /OpenGL
應(yīng)用程序　289
參考資料　291