Open GL编程指南(原书第7版)(图形图像)[平装]

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《Open GL编程指南(原书第7版)》：经典的OpenGL红宝书，涵盖OpenGL 3.0和3.1的最新特性。
OpenGL是一种功能强大的软件接口，既可以用于生成高质量的计算机图像，也可以用于编写使用2D和3D物体、位图和彩色图像的交互式应用程序。
《Open GL编程指南(原书第7版)》对OpenGL以及OpenGL实用函数库进行了全面而又权威的介绍，素有“OpenGL红宝书”之誉。《Open GL编程指南(原书第7版)》的上一个版本覆盖了截止OpenGL 2.1版的内容。这一版涵盖了OpenGL 3.0和3.1的最新特性。《Open GL编程指南(原书第7版)》以清晰的语言描述了OpenGL的功能以及许多基本的计算机图形技巧，例如创建和渲染3D模型、从不同的透视角度观察物体、使用着色、光照和纹理贴图使场景更加逼真等。《Open GL编程指南(原书第7版)》还深入探讨了许多高级技巧，包括纹理贴图、抗锯齿、雾和大气效果、NURBS、图像处理等。另外，《Open GL编程指南(原书第7版)》还对一些重要的主题进行了讨论，例如提高性能、OpenGL扩展以及跨平台技术等。
《Open GL编程指南(原书第7版)》进行了一些更新，涵盖了OpenGL 3.0和3.1的最新特性，包括：
使用帧缓冲区对象进行离屏渲染和纹理更新。
各种新的缓冲区对象类型的示例，包括uniform缓冲区对象、变换反馈缓冲区和顶点数组对象。
使用纹理数组提高使用众多纹理的性能。
使用图元重启和条件渲染来高效地进行渲染。
介绍OpenGL的废弃机制，以及如何针对OpenGL未来版本验证程序。
《Open GL编程指南(原书第7版)》继续对OpenGL着色语言（GLSL）展开讨论，并解释了使用这种语言创建复杂图形效果并提升OpenGL计算威力的机制。OpenGL技术资料库（OpenGL Technical Library）提供了大量的OpenGL教程和参考书籍，它可以帮助程序员深入理解OpenGL，完全释放OpenGL的潜力。这个资料库最初由SGI开发，目前由Khronos OpenGL体系结构审核委员会（ARB）工作组维护，这是负责指导OpenGL以及相关技术发展和演变的行业协会。

作者简介

Dave Shreiner 是ARM公司的图形技术总监，长期担任SGI核心OpenGL组的成员。他首次开设了OpenGL的商业培训课程，拥有二十多年的计算机图形应用开发经验。Dave定期参加SIGGRAPH和其他全球性的图形工作会议。他是《OpenGL ES 2.0 Programming Guide》（Addison-Wesley，2009）和《OpenGL Reference Manual》（Addison-Wesley，2004）的作者，也是Addison-Wesley的OpenGL系列的编辑。

目录

译者序
前言
第1章 OpenGL简介 1
1.1 什么是OpenGL 1
1.2 一段简单的OpenGL代码 3
1.3 OpenGL函数的语法 4
1.4 OpenGL是一个状态机 6
1.5 OpenGL渲染管线 6
1.5.1 显示列表 7
1.5.2 求值器 7
1.5.3 基于顶点的操作 7
1.5.4 图元装配 7
1.5.5 像素操作 8
1.5.6 纹理装配 8
1.5.7 光栅化 8
1.5.8 片断操作 8
1.6 与OpenGL相关的函数库 9
1.6.1 包含文件 9
1.6.2 OpenGL实用工具库（GLUT） 10
1.7 动画 13
1.7.1 暂停刷新 14
1.7.2 动画=重绘+交换 15
1.8 OpenGL及其废弃机制 17
1.8.1 OpenGL渲染环境 17
1.8.2 访问OpenGL函数 18

第2章 状态管理和绘制几何物体 19
2.1 绘图工具箱 20
2.1.1 清除窗口 20
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 25
2.2.2 指定顶点 27
2.2.3 OpenGL几何图元 27
2.3 基本状态管理 31
2.4 显示点、直线和多边形 32
2.4.1 点的细节 32
2.4.2 直线的细节 33
2.4.3 多边形的细节 36
2.5 法线向量 41
2.6 顶点数组 43
2.6.1 步骤1：启用数组 44
2.6.2 步骤2：指定数组的数据 44
2.6.3 步骤3：解引用和渲染 46
2.6.4 重启图元 51
2.6.5 实例化绘制 53
2.6.6 混合数组 54
2.7 缓冲区对象 57
2.7.1 创建缓冲区对象 57
2.7.2 激活缓冲区对象 58
2.7.3 用数据分配和初始化缓冲区对象 58
2.7.4 更新缓冲区对象的数据值 60
2.7.5 在缓冲区对象之间复制数据 62
2.7.6 清除缓冲区对象 63
2.7.7 使用缓冲区对象存储顶点数组数据 63
2.8 顶点数组对象 65
2.9 属性组 69
2.10 创建多边形表面模型的一些提示 71

第3章 视图 77
3.1 简介：用照相机打比方 78
3.1.1 一个简单的例子：绘制立方体 80
3.1.2 通用的变换函数 83
3.2 视图和模型变换 84
3.2.1 对变换进行思考 85
3.2.2 模型变换 86
3.2.3 视图变换 89
3.3 投影变换 93
3.3.1 透视投影 94
3.3.2 正投影 95
3.3.3 视景体裁剪 96
3.4 视口变换 96
3.4.1 定义视口 96
3.4.2 变换深度坐标 97
3.5 和变换相关的故障排除 98
3.6 操纵矩阵堆栈 100
3.6.1 模型视图矩阵堆栈 101
3.6.2 投影矩阵堆栈 102
3.7 其他裁剪平面 102
3.8 一些组合变换的例子 104
3.8.1 创建太阳系模型 104
3.8.2 创建机器人手臂 107
3.9 逆变换和模拟变换 109

第4章 颜色 113
4.1 颜色感知 113
4.2 计算机颜色 114
4.3 RGBA和颜色索引模式 115
4.3.1 RGBA显示模式 116
4.3.2 颜色索引模式 117
4.3.3 在RGBA和颜色索引模式中进行选择 118
4.3.4 切换显示模式 118
4.4 指定颜色和着色模型 119
4.4.1 在RGBA模式下指定颜色 119
4.4.2 在颜色索引模式下指定颜色 120
4.4.3 指定着色模型 121

第5章 光照 123
5.1 隐藏表面消除工具箱 124
5.2 现实世界和OpenGL光照 125
5.2.1 环境光、散射光、镜面光和发射光 125
5.2.2 材料颜色 126
5.2.3 光和材料的RGB值 126
5.3 一个简单的例子：渲染光照球体 127
5.4 创建光源 129
5.4.1 颜色 130
5.4.2 位置和衰减 131
5.4.3 聚光灯 132
5.4.4 多光源 133
5.4.5 控制光源的位置和方向 133
5.5 选择光照模型 138
5.5.1 全局环境光 138
5.5.2 局部的观察点或无限远的观察点 138
5.5.3 双面光照 139
5.5.4 镜面辅助颜色 139
5.5.5 启用光照 140
5.6 定义材料属性 140
5.6.1 散射和环境反射 141
5.6.2 镜面反射 141
5.6.3 发射光颜色 142
5.6.4 更改材料属性 142
5.6.5 颜色材料模式 143
5.7 和光照有关的数学知识 146
5.7.1 材料的发射光 147
5.7.2 经过缩放的全局环境光 147
5.7.3 光源的贡献 147
5.7.4 完整的光照计算公式 148
5.7.5 镜面辅助颜色 148
5.8 颜色索引模式下的光照 149

第6章 混合、抗锯齿、雾和多边形偏移 151
6.1 混合 152
6.1.1 源因子和目标因子 152
6.1.2 启用混合 154
6.1.3 使用混合方程式组合像素 154
6.1.4 混合的样例用法 156
6.1.5 一个混合的例子 157
6.1.6 使用深度缓冲区进行三维混合 159
6.2 抗锯齿 162
6.2.1 对点和直线进行抗锯齿处理 164
6.2.2 使用多重采样对几何图元进行抗锯齿处理 169
6.2.3 对多边形进行抗锯齿处理 172
6.3 雾 172
6.3.1 使用雾 173
6.3.2 雾方程式 175
6.4 点参数 181
6.5 多边形偏移 182

第7章 显示列表 185
7.1 为什么使用显示列表 185
7.2 一个使用显示列表的例子 186
7.3 显示列表的设计哲学 188
7.4 创建和执行显示列表 189
7.4.1 命名和创建显示列表 191
7.4.2 存储在显示列表里的是什么 191
7.4.3 执行显示列表 193
7.4.4 层次式显示列表 193
7.4.5 管理显示列表索引 194
7.5 执行多个显示列表 194
7.6 用显示列表管理状态变量 199

第8章 绘制像素、位图、字体和图像 202
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 定义和使用一种完整的字体 207
8.2 图像 209
8.3 图像管线 215
8.3.1 像素包装和解包 216
8.3.2 控制像素存储模式 217
8.3.3 像素传输操作 219
8.3.4 像素映射 221
8.3.5 放大、缩小或翻转图像 222
8.4 读取和绘制像素矩形 224
8.5 使用缓冲区对象存取像素矩形数据 227
8.5.1 使用缓冲区对象传输像素数据 227
8.5.2 使用缓冲区对象提取像素数据 228
8.6 提高像素绘图速度的技巧 229
8.7 图像处理子集 230
8.7.1 颜色表 231
8.7.2 卷积 234
8.7.3 颜色矩阵 240
8.7.4 柱状图 241
8.7.5 最小最大值 243

第9章 纹理贴图 245
9.1 概述和示例 248
9.1.1 纹理贴图的步骤 248
9.1.2 一个示例程序 249
9.2 指定纹理 251
9.2.1 纹理代理 255
9.2.2 替换纹理图像的全部或一部分 257
9.2.3 一维纹理 259
9.2.4 三维纹理 261
9.2.5 纹理数组 264
9.2.6 压缩纹理图像 265
9.2.7 使用纹理边框 267
9.2.8 mipmap：多重细节层 267
9.3 过滤 275
9.4 纹理对象 277
9.4.1 命名纹理对象 277
9.4.2 创建和使用纹理对象 278
9.4.3 清除纹理对象 280
9.4.4 常驻纹理工作集 280
9.5 纹理函数 282
9.6 分配纹理坐标 284
9.6.1 计算正确的纹理坐标 285
9.6.2 重复和截取纹理 286
9.7 纹理坐标自动生成 289
9.7.1 创建轮廓线 289
9.7.2 球体纹理 293
9.7.3 立方图纹理 294
9.8 多重纹理 296
9.9 纹理组合器函数 299
9.10 在纹理之后应用辅助颜色 303
9.10.1 在禁用光照时使用辅助颜色 303
9.10.2 启用光照后的辅助镜面颜色 303
9.11 点块纹理 303
9.12 纹理矩阵堆栈 304
9.13 深度纹理 305
9.13.1 创建阴影图 306
9.13.2 生成纹理坐标并进行渲染 307

第10章 帧缓冲区 309
10.1 缓冲区及其用途 310
10.1.1 颜色缓冲区 311
10.1.2 清除缓冲区 312
10.1.3 选择用于读取和写入的颜色缓冲区 313
10.1.4 缓冲区的屏蔽 315
10.2 片断测试和操作 316
10.2.1 裁剪测试 316
10.2.2 alpha测试 317
10.2.3 模板测试 318
10.2.4 深度测试 322
10.2.5 遮挡查询 322
10.2.6 条件渲染 324
10.2.7 混合、抖动和逻辑操作 325
10.3 累积缓冲区 327
10.3.1 运动模糊 328
10.3.2 景深 328
10.3.3 柔和阴影 331
10.3.4 微移 331
10.4 帧缓冲区对象 332
10.4.1 渲染缓冲区 333
10.4.2 复制像素矩形 340

第11章 分格化和二次方程表面 342
11.1 多边形分格化 342
11.1.1 创建分格化对象 343
11.1.2 分格化回调函数 343
11.1.3 分格化属性 347
11.1.4 多边形定义 350
11.1.5 删除分格化对象 352
11.1.6 提高分格化性能的建议 352
11.1.7 描述GLU错误 352
11.1.8 向后兼容性 352
11.2 二次方程表面：渲染球体、圆柱体和圆盘 353
11.2.1 管理二次方程对象 354
11.2.2 控制二次方程对象的属性 354
11.2.3 二次方程图元 355

第12章 求值器和NURBS 360
12.1 前提条件 360
12.2 求值器 361
12.2.1 一维求值器 361
12.2.2 二维求值器 365
12.2.3 使用求值器进行纹理处理 369
12.3 GLU的NURBS接口 371
12.3.1 一个简单的NURBS例子 371
12.3.2 管理NURBS对象 374
12.3.3 创建NURBS曲线或表面 377
12.3.4 修剪NURBS表面 380

第13章 选择和反馈 383
13.1 选择 383
13.1.1 基本步骤 384
13.1.2 创建名字栈 384
13.1.3 点击记录 385
13.1.4 一个选择例子 386
13.1.5 挑选 389
13.1.6 编写使用选择的程序的一些建议 397
13.2 反馈 398
13.2.1 反馈数组 399
13.2.2 在反馈模式下使用标记 400
13.2.3 一个反馈例子 400

第14章 OpenGL高级技巧 404
14.1 错误处理 405
14.2 OpenGL版本 406
14.2.1 工具函数库版本 407
14.2.2 窗口系统扩展版本 407
14.3 标准的扩展 407
14.4 实现半透明效果 409
14.5 轻松实现淡出效果 409
14.6 使用后缓冲区进行物体选择 411
14.7 低开销的图像转换 411
14.8 显示层次 412
14.9 抗锯齿字符 413
14.10 绘制圆点 414
14.11 图像插值 414
14.12 制作贴花 415
14.13 使用模板缓冲区绘制填充的凹多边形 416
14.14 寻找冲突区域 416
14.15 阴影 417
14.16 隐藏直线消除 418
14.16.1 使用多边形偏移实现隐藏直线消除 418
14.16.2 使用模板缓冲区实现隐藏直线消除 419
14.17 纹理贴图的应用 419
14.18 绘制深度缓冲的图像 420
14.19 Dirichlet域 420
14.20 使用模板缓冲区实现生存游戏 421
14.21 glDrawPixels()和glCopyPixels()的其他应用 422

第15章 OpenGL着色语言 424
15.1 OpenGL图形管线和可编程着色器 424
15.1.1 顶点处理 425
15.1.2 片断处理 426
15.2 使用GLSL着色器 427
15.2.1 着色器示例 427
15.2.2 OpenGL/GLSL接口 428
15.3 OpenGL着色语言 432
15.4 使用GLSL创建着色器 433
15.4.1 程序起点 433
15.4.2 声明变量 433
15.4.3 聚合类型 434
15.5 uniform块 439
15.5.1 在着色器中指定uniform变量 440
15.5.2 访问在uniform块中声明的uniform变量 440
15.5.3 计算不变性 446
15.5.4 语句 446
15.5.5 函数 448
15.5.6 在GLSL程序中使用OpenGL 状态值 449
15.6 在着色器中访问纹理图像 449
15.7 着色器预处理器 452
15.7.1 预处理器指令 452
15.7.2 宏定义 452
15.7.3 预处理器条件 453
15.7.4 编译器控制 453
15.8 扩展处理 454
15.9 顶点着色器的细节 454
15.10 变换反馈 458
15.11 片断着色器 462
附录A GLUT（OpenGL实用工具库）基础知识 464
附录B 状态变量 468
附录C 齐次坐标和变换矩阵 495
附录D OpenGL和窗口系统 499
术语表 511

序言

OpenGL是图形硬件的一种软件接口。从本质上说，它是一个3D图形和模型库，具有高度
的可移植性，并且具有非常快的渲染速度。如今，OpenGL广泛应用于游戏、医学影像、地理信息、气象模拟等领域，是高性能图形和交互性场景处理的行业标准。
OpenGL的前身是SGI公司开发的IRIS GL图形函数库。SGI是一家久负盛名的公司，在计算机图形和动画领域处于业界领先地位。IRIS GL最初是一个2D图形函数库，后来逐渐演化为SGI的高端IRIS图形工作站所使用的3D编程API。后来，由于图形技术的发展，SGI对IRIS GL的移植性进行了改进和提高，使它逐步发展成如今的OpenGL。在此期间，OpenGL得到了各大厂商的支持，从而成为一种广泛流行的三维图形标准。
OpenGL并不是一种编程语言，而更像是一个C运行时函数库。它提供了一些预包装的功能，帮助开发人员编写功能强大的三维图形应用程序。OpenGL可以在多种操作系统平台上运行，例如各种版本的Windows、UNIX/Linux、Mac OS和OS/2等。
OpenGL是一个开放的标准，虽然它由SGI首创，但是它的标准并不控制在SGI的手中，而是由OpenGL体系结构审核委员会（ARB）掌管。ARB由SGC、DEC、IBM、Intel和Microsoft等著名公司于1992年创立，后来又陆续添加了nVidia、ATI等图形芯片领域的巨擎。ARB每隔4年举行一次会议，对OpenGL规范进行维护和改善，并出台计划对OpenGL标准进行升级，使OpenGL一直保持与时代同步。
2006年，SGI公司把OpenGL标准的控制从ARB移交给一个新的工作组—Khronos小组（www.khronos.org）。Khronos是一个由成员提供资金的行业协会，专注于开放媒体标准的创建和维护。目前，Khronos负责OpenGL的发展和升级。
《OpenGL编程指南》就是由Khronos小组编写的官方指南，是OpenGL领域的权威著作，有“OpenGL红宝书”之称，曾经帮助许多程序员走上了OpenGL专家之路。第7版在第6版的基础上又有所改进，介绍了OpenGL 3.0和OpenGL 3.1的新的和更新的内容。
本书历经多次版本升级，其中文版的翻译也是一项延续性的工作，凝结了许多人的辛勤工作。徐波等曾承担《OpenGL编程指南》第5版和第6版的主要翻译工作。李军在第6版的中文版的基础上，负责了第7版新增内容的翻译和更新工作。参与第7版翻译工作的还有刘金华、刘伟超、罗庚臣、刘二然、郑芳菲、庄逸川、王世高、郭莹、陈、邓勇、何进伟、贾晓斌、汪蔚和齐国涛。机械工业出版社华章分社的编辑为本书的出版付出了辛勤劳动，感谢他们！

文摘

插图：

如果读者刚开始涉足三维图形编程，可能会对接下来的内容感到吃力。现在可以跳过这一部分内容，但是在读完本书的每一章时，都应该重温一下图1-2。
图1-2显示了Henry Ford在福特汽车公司所采用的装配线方法，它也是OpenGL处理数据的方法。几何数据（顶点、直线和多边形）所经历的处理阶段包括求值器和基于顶点的操作，而像素数据（像素、图像和位图）的处理过程则有所不同。在最终的像素数据写入到帧缓冲区之前，这两种类型的数据都将经过相同的最终步骤（光栅化和基于片断的操作）。
下面，我们更为详细地介绍OpenGL渲染管线的一些关键阶段。
1.5.1显示列表
任何数据，不论它描述的是几何图元还是像素，都可以保存在显示列表（display list）中，供当前或以后使用。当然，也可以不把数据保存在显示列表中，而是立即对数据进行处理，这种模式也叫做立即模式（immediate mode）。当一个显示列表执行时，保存的数据就从显示列表中取出，就像在立即模式下直接由应用程序发送的那样。关于显示列表的详细内容，请参见第7章。
1.5.2求值器
所有的几何图元最终都要通过顶点来描述。参数化曲线和表面最初可能是通过控制点以及叫做基函数（basic function）的多项式函数进行描述的。求值器提供了一种方法，根据控制点计算表示表面的顶点。这种方法是一种多项式映射，它可以根据控制点产生表面法线、纹理坐标、颜色以及空间坐标值。关于求值器的详细内容，请参阅第12章。
1.5.3基于顶点的操作
对于顶点数据，接下来的一个步骤是“基于顶点的操作”，就是把顶点变换为图元。有些类型的顶点数据（例如空间坐标）是通过一个4 x 4的浮点矩阵进行变换的。空间坐标从3D世界的一个位置投影到屏幕上的一个位置。有关变换矩阵的详细内容，请参阅第3章。
如果启用了高级特性，这个阶段将更为忙碌。如果使用了纹理，这个阶段还将生成并变换纹理坐标。如果启用了光照，就需要综合变换后的顶点、表面法线、光源位置、材料属性以及其他光照信息进行光照计算，产生最终的颜色值。

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