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OpenGL编程指南(第四版)

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标签: openGL

openGL

内容简介:

  OpenGL图形系统是一个软件接口,让程序员能够创建交互式程序,使用计算机图形学技术生成具有真实感的图像。本书是OpenGL  ARB推荐的OpenGL  1.4版学习指南。  本书首先阐述OpenGL的功能和计算机图形学基本知识,包括状态管理和几何体的绘制、模型变换、视点变换和投影变换、颜色和光照;然后深入探讨一些高级技术,包括反走样、混合、雾效、显示列表、图像处理、纹理映射、帧缓存、网格化、NURBS、选择和反馈等;同时讨论其他一些重要主题,像如何提高程序的性能、OpenGL扩展和跨平台技术等。  本书只要求读者有一定的C语言基础和数学知识,适合所有对OpenGL编程感兴趣的读者阅读。

目录:

第1章 OpenGL简介 1

1.1 OpenGL概览 2

1.2 一个简单的OpenGL程序 4

1.3 OpenGL函数的语法 5

1.4 OpenGL是一个状态机 6

1.5 OpenGL渲染流水线 6

1.5.1 显示列表 7

1.5.2 求值程序 7

1.5.3 顶点操作 8

1.5.4 图元装配 8

1.5.5 像素操作 8

1.5.6 纹理装配 8

1.5.7 光栅化 9

1.5.8 片元操作 9

1.6 与OpenGL相关的函数库 9

1.6.1 包含文件 10

1.6.2 OpenGL实用工具包(GLUT) 11

1.7 动画 13

1.7.1 暂停刷新 14

1.7.2 运动就是重画加交换 15

第2章 状态管理和绘制几何体 19

2.1 绘图补救工具箱 21

2.1.1 清空窗口 21

2.1.2 指定颜色 22

2.1.3 强制完成绘图操作 23

2.1.4 坐标系统修补工具箱 24

2.2 描述点、直线和多边形 25

2.2.1 什么是点、直线和多边形 26

2.2.2 指定顶点 28

2.2.3 OpenGL几何绘图图元 29

2.3 基本状态管理 33

2.4 显示点、直线和多边形 34

2.4.1 点的细节 35

2.4.2 直线的细节 35

2.4.3 多边形的细节 38

2.5 法线向量 44

2.6 顶点数组 45

2.6.1 第1步:启用数组 46

2.6.2 第2步:指定数组中的数据 47

2.6.3 第3步:解除引用和渲染 49

2.6.4 混合数组 54

2.7 属性组 56

2.8 有关使用多边形构造曲面的建议 59

第3章 观察 65

3.1 概述:相机类比 67

3.1.1 一个简单的例子:绘制立方体 69

3.1.2 通用的变换函数 72

3.2 视点变换和模型变换 73

3.2.1 如何看待变换 74

3.2.2 模型变换 75

3.2.3 视点变换 79

3.3 投影变换 84

3.3.1 透视投影 84

3.3.2 正交投影 86

3.3.3 根据视景体进行裁剪 87

3.4 视口变换 87

3.4.1 定义视口 88

3.4.2 变换后的深度坐标 89

3.5 变换的诊断 90

3.6 操纵矩阵堆栈 91

3.6.1 模型视点矩阵堆栈 94

3.6.2 投影矩阵堆栈 94

3.7 附加裁剪面 94

3.8 组合变换举例 97

3.8.1 建立太阳系模型 97

3.8.2 建立带关节的机器人手臂模型 99

3.9 逆变换和模拟变换 102

第4章 颜色 105

4.1 颜色感知 106

4.2 计算机颜色 107

4.3 RGBA模式与颜色索引模式 109

4.3.1 RGBA显示模式 109

4.3.2 颜色索引显示模式 111

4.3.3 在RGBA模式和颜色索引模式之间做出选择 112

4.3.4 在显示模式之间切换 113

4.4 指定颜色和着色模式 113

4.4.1 在RGBA模式下指定颜色 113

4.4.2 在颜色索引模式下指定颜色 114

4.4.3 指定着色模式 115

第5章 光照 119

5.1 隐藏面消除修补工具箱 121

5.2 现实世界和OpenGL中的光照 122

5.2.1 环境光、散射光、镜面反射光和发射光 122

5.2.2 材质的颜色 123

5.2.3 光线和材质的RGB值 123

5.3 一个简单的例子:光照球体的渲染 124

5.4 创建光源 126

5.4.1 颜色 128

5.4.2 位置和衰减 128

5.4.3 聚光灯 129

5.4.4 多光源 130

5.4.5 控制光源的位置和方向 131

5.5 选择光照模型 135

5.5.1 全局环境光 136

5.5.2 近视点还是无穷远视点 136

5.5.3 双面光照 136

5.5.4 辅助镜面反射颜色 137

5.5.5 启用光照 137

5.6 指定材质属性 137

5.6.1 散射光反射和环境光反射 138

5.6.2 镜面光反射 139

5.6.3 发射光颜色 139

5.6.4 改变材质属性 140

5.6.5 颜色材质模式 141

5.7 光照的数学计算 144

5.7.1 材质的发射光 144

5.7.2 反射的全局环境光 144

5.7.3 光源的贡献 144

5.7.4 叠加 146

5.7.5 辅助镜面发射光颜色 146

5.8 颜色索引模式下的光照 147

第6章 混合、反走样、雾效和多边形偏移 149

6.1 混合 150

6.1.1 源因子和目标因子 151

6.1.2 启用混合操作 152

6.1.3 使用混合方程来合并像素 153

6.1.4 混合的用途 154

6.1.5 一个混合的例子 156

6.1.6 使用深度缓存的三维混合 158

6.2 反走样 161

6.2.1 点和值线的反走样 162

6.2.2 使用多重采样对几何图元进行反走样处理 167

6.2.3 多边形的反走样 170

6.3 雾 170

6.3.1 使用雾 171

6.3.2 雾方程 173

6.4 点参数 178

6.5 多边形偏移 180

第7章 显示列表 183

7.1 为何使用显示列表 184

7.2 一个使用显示列表的例子 184

7.3 显示列表设计准则 187

7.4 创建和执行显示列表 188

7.4.1 命名和创建显示列表 189

7.4.2 显示列表存储的内容 190

7.4.3 执行显示列表 191

7.4.4 多级显示列表 192

7.4.5 管理显示列表索引 193

7.5 执行多个显示列表 193

7.6 使用显示列表来管理状态变量 197

第8章 绘制像素、位图、字体和图像 201

8.1 位图和字体 203

8.1.1 当前光栅位置 204

8.1.2 绘制位图 205

8.1.3 选择位图的颜色 206

8.1.4 字体和显示列表 206

8.1.5 定义并使用一种完整的字体 207

8.2 图像 209

8.3 图像处理流水线 215

8.3.1 像素的封装和拆封 217

8.3.2 控制像素存储模式 218

8.3.3 像素转移操作 221

8.3.4 像素映射 223

8.3.5 缩放和翻转图像 224

8.4 读取和绘制矩形像素阵列 226

8.5 提高像素绘制速度的技巧 229

8.6 图像处理子集 229

8.6.1 颜色表 230

8.6.2 卷积 234

8.6.3 颜色矩阵 240

8.6.4 收集统计数据(histogram) 241

8.6.5 Minmax 243

第9章 纹理映射 245

9.1 概述和范例 248

9.1.1 纹理映射的步骤 248

9.1.2 一个简单的程序 250

9.2 指定纹理 252

9.2.1 纹理代理 255

9.2.2 替换纹理图像的部分或全部纹素 256

9.2.3 一维纹理 258

9.2.4 三维纹理 259

9.2.5 压缩的纹理图像 263

9.2.6 使用纹理边框 265

9.2.7 mipmap:多个明细等级 265

9.3 滤波 273

9.4 纹理对象 275

9.4.1 生成纹理对象名称 275

9.4.2 创建和使用纹理对象 275

9.4.3 删除纹理对象 278

9.4.4 驻留纹理工作集 278

9.4.5 纹理函数 280

9.5 指定纹理坐标 282

9.5.1 计算合适的纹理坐标 283

9.5.2 纹理的重复和截取 284

9.6 自动生成纹理坐标 287

9.6.1 创建等高线 288

9.6.2 球面图(sphere  map) 291

9.6.3 立方图纹理(cube  map  texture) 292

9.7 多重纹理 294

9.8 纹理组合函数 298

9.9 执行纹理映射后应用辅助颜色 302

9.9.1 光照被禁用时的辅助颜色 302

9.9.2 光照被启用时的辅助镜面反射颜色 302

9.10 纹理矩阵堆栈 303

9.11 深度纹理 303

9.11.1 创建阴影图 304

9.11.2 生成纹理坐标并渲染场景 305

第10章 帧缓存 307

10.1 缓存及其用途 309

10.1.1 颜色缓存 310

10.1.2 深度缓存 310

10.1.3 模板缓存 310

10.1.4 累积缓存 310

10.1.5 清空缓存 311

10.1.6 指定要读写的颜色缓存 311

10.1.7 屏蔽缓存 313

10.2 片元的测试和操作 314

10.2.1 截剪测试 314

10.2.2 Alpha测试 315

10.2.3 模板测试 316

10.2.4 深度测试 320

10.2.5 混合、抖动和逻辑运算 320

10.3 累积缓存 322

10.3.1 场景反走样 323

10.3.2 运动模糊 327

10.3.3 景深 327

10.3.4 柔和阴影 330

10.3.5 抖动 330

第11章 网格化和二次曲面 333

11.1 多边形网格化 334

11.1.1 创建网格化对象 335

11.1.2 网格化回调函数 335

11.1.3 网格化属性 339

11.1.4 定义多边形 343

11.1.5 删除网格化对象 345

11.1.6 提高网格化性能的技巧 345

11.1.7 描述GLU错误 345

11.1.8 向后兼容性 345

11.2 二次曲面:渲染球体、圆柱体和圆盘 346

11.2.1 管理二次对象 347

11.2.2 设置二次对象的属性 347

11.2.3 二次图元 348

第12章 求值程序和NURBS 353

12.1 预备知识 354

12.2 求值程序 355

12.2.1 一维求值程序 355

12.2.2 二维求值程序 358

12.2.3 使用求值程序来生成纹理坐标 362

12.3 GLU  NURBS接口 364

12.3.1 一个简单的NURBS范例 364

12.3.2 管理NURBS对象 367

12.3.3 创建NURBS曲线或曲面 370

12.3.4 修剪NURBS曲面 374

第13章 选择和反馈 377

13.1 选择 378

13.1.1 基本步骤 378

13.1.2 创建名称堆栈 379

13.1.3 命中记录 380

13.1.4 选择示例 381

13.1.5 拾取 383

13.1.6 有关编写使用选择机制的程序的建议 390

13.2 反馈 392

13.2.1 反馈数组 393

13.2.2 在反馈模式下使用标记 394

13.2.3 反馈示例 394

第14章 OpenGL高级技巧 399

14.1 错误处理 400

14.2 查询OpenGL版本 402

14.2.1 实用库版本 403

14.2.2 窗口系统扩展版本 403

14.3 对标准的扩展 403

14.4 轻松制作透明物体 405

14.5 轻松实现淡出效果 405

14.6 使用后缓存来处理选择 406

14.7 开销不高的图像变换方法 407

14.8 显示多层 408

14.9 字符反走样 409

14.10 绘制圆形点 410

14.11 图像插值 410

14.12 制作贴花 411

14.13 使用模板缓存绘制填充凹多边形 412

14.14 找出冲突区域 413

14.15 阴影 414

14.16 隐藏线消除 415

14.16.1 使用多边形偏移隐藏线消除 415

14.16.2 使用模板缓存消除隐藏线 415

14.17 纹理映射的用途 416

14.18 绘制深度缓存图像 416

14.19 狄利克雷域 417

14.20 生存游戏 418

14.21 glDrawPixels()和glCopyPixels()的其他用途 419

附录A 操作顺序 421

A.1 概述 422

A.2 几何操作 422

A.2.1 顶点操作 423

A.2.2 图元装配 423

A.3 像素操作 423

A.4 片元操作 424

A.5 其他操作 424

附录B 状态变量 425

B.1 查询函数 426

B.2 OpenGL状态变量 427

附录C OpenGL和窗口系统 445

C.1 访问新的OpenGL函数 446

C.2 X窗口系统的OpenGL扩展(GLX) 446

C.2.1 初始化 447

C.2.2 控制渲染 448

C.2.3 GLX库函数的原型 449

C.3 Apple  Macintosh的OpenGL扩展(AGL) 451

C.3.1 初始化 451

C.3.2 渲染和场境 451

C.3.3 管理OpenGL渲染场境 452

C.3.4 在屏幕上渲染 452

C.3.5 离屏渲染 452

C.3.6 全屏渲染 452

C.3.7 交换缓存 452

C.3.8 更新渲染缓存 452

C.3.9 使用Apple  Macintosh字体 453

C.3.10 错误处理 453

C.3.11 AGL库函数的原型 453

C.4 IBM  OS/2  Warp的OpenGL扩展(PGL) 454

C.4.1 初始化 454

C.4.2 控制渲染 455

C.4.3 PGL函数的原型 456

C.5 Microsoft  Windows的OpenGL扩展(WGL) 456

C.5.1 初始化 457

C.5.2 控制渲染 457

C.5.3 WGL函数的原型 458

附录D OpenGL实用工具包(GLUT)基础 461

D.1 初始化和创建窗口 462

D.2 处理窗口事件和输入事件 463

D.3 加载颜色表 464

D.4 初始化和绘制三维物体 464

D.5 管理后台处理 465

D.6 运行程序 465

附录E 计算法线向量 467

E.1 计算解析曲面的法线 468

E.2 根据多边形数据计算法线 469

附录F 齐次坐标和变换矩阵 471

F.1 齐次坐标 472

F.1.1 变换顶点 472

F.1.2 法线变换 472

F.2 变换矩阵 473

F.2.1 平移 473

F.2.2 缩放 473

F.2.3 旋转 473

F.2.4 透视投影 474

F.2.5 正交投影 475

附录G 编程建议 477

G.1 OpenGL正确编程技巧 478

G.2 提高OpenGL性能的建议 479

G.3 GLX建议 480

附录H OpenGL的不变性 481

术语表 483

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