基本信息

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内容简介

目录

译者序

前言

基本信息

原书名：OpenGL Programming Guide: The Official Guide to Learning OpenGL, Versions 3.0 and 3.1 (7th Edition)

原出版社： Addison-Wesley Professional

作者：（美）Dave Shreiner The Khronos OpenGL ARB Working Group

译者：李军 徐波

丛书名： 开发人员专业技术丛书

出版社：机械工业出版社

ISBN：9787111294504

出版日期：2010 年3月

开本：16开

页码：519

版次：7-1

编辑推荐

由Khronos小组编写的官方指南

是OpenGL领域的权威著作，OpenGL红宝书

帮助程序员走上了OpenGL专家之路

内容简介

本书对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。本书的上一个版本覆盖了到opengl 2.1版的内容。本版涵盖了opengl 3.0和3.1的最新特性。本书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。另外，本书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、图像处理子集等。此外，本书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。本书内容详实，讲解生动，图文并茂，是opengl程序员的绝佳编程指南。

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。

本书对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。本书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。本书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。本书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，本书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。

本书进行了一些更新，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。

本书继续对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。

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

译者序

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。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编程标准指南》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！

译者

2009年10月

前言

OpenGL（Graphics Library，GL图形库）图形系统是图形硬件的一个软件接口，它允许我们创建交互性的程序，产生移动三维物体的彩色图像。使用OpenGL，我们可以对计算机图形技术进行控制，产生逼真的图像或者虚构出现实世界没有的图像。本书解释了如何使用OpenGL图形系统进行编程，实现所需要的视觉效果。

本书内容

本书共分15章。前5章描述了一些基本信息，读者需要理解这些内容，才能在场景中绘制正确着色和光照的三维物体。

·第1章对OpenGL可以实现的功能进行简要的介绍。该章还提供了一个简单的OpenGL程序，并介绍需要了解的一些基本编程细节，有助于学习后续章节的内容。

·第2章解释如何创建一个物体的三维几何图形描述，并最终把它绘制到屏幕上。

·第3章描述三维模型在绘制到二维屏幕之前如何进行变换。我们可以控制这些变换，显示模型的特定视图。

·第4章描述如何指定颜色以及用于绘制物体的着色方法。

·第5章解释如何控制围绕一个物体的光照条件，以及这个物体如何对光照作出反应（也就是说，它是如何反射或吸收光线的）。光照是一个重要的主题，因为物体在没有光照的情况下看上去往往没有立体感。

接下来的几章说明如何对三维场景进行优化以及如何添加一些高级特性。在没有精通OpenGL之前，读者可以选择不使用这些高级特性。有些特别高级的主题在出现时会有特殊的标记。

·第6章描述创建逼真场景所需要的一些基本技巧：alpha混合（创建透明物体）、抗锯齿（消除锯齿状边缘）、大气效果（模拟雾和烟雾）以及多边形偏移（在着重显示填充多边形的边框时消除不良视觉效果）。

·第7章讨论如何存储一系列的OpenGL命令，用于在以后执行。我们可以使用这个特性来提高OpenGL程序的性能。

·第8章讨论如何操作表示位图或图像的二维数据。位图的一种常见用途就是描述字体中的字符。

·第9章解释如何把称为纹理的一维、二维和三维图像映射到三维物体表面。纹理贴图可以实现许多非常精彩的效果。

·第10章描述OpenGL实现中可能存在的所有缓冲区，并解释如何对它们进行控制。我们可以使用这些缓冲区实现诸如隐藏表面消除、模板、屏蔽、运动模糊和景深聚焦等效果。

·第11章显示了如何使用GLU（OpenGL Utility Library，OpenGL工具函数库）中的分格化和二次方程函数。

·第12章介绍生成曲线和表面的高级技巧。

·第13章说明如何使用OpenGL的选择机制来选择屏幕上的一个物体。此外，该章还解释了反馈机制，它允许我们收集OpenGL所产生的绘图信息，而不是在屏幕上绘制物体。

·第14章描述如何用巧妙的或意想不到的方法来使用OpenGL，产生一些有趣的结果。这些技巧是通过对OpenGL及其技术前驱Silicon Graphics IRIS图形函数库的多年应用和实践总结出来的。

·第15章讨论OpenGL 2 0所引入的变化，包括对OpenGL着色语言的介绍。OpenGL着色语言通常又称为GLSL，它允许对OpenGL的顶点和片断处理阶段进行控制。这个特性可以极大地提高图像的质量，充分体现OpenGL的计算威力。