图形着色器

书籍目录

第1章  固定功能管线  1

传统的视见方案  1

顶点操作  1

管线的片元处理  3

图形管线中的状态  4

传统视见机制的实现方案  5

顶点处理操作  5

渲染处理操作  6

固定管线中的齐次坐标  9

顶点数组  10

本章小结  13

本章练习  14

第2章  OpenGL着色器的发展  16

着色器发展史  17

OpenGL着色器发展史  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

内部原因  21

OpenGL ES  22

处理不同版本  22

本书方案  22

变量名命名规则  23

本章练习  23

第3章  着色器基本概念  24

图形管线中的着色器  24

顶点着色器  26

片元着色器  29

细分着色器  31

几何着色器  34

图形着色器——理论与实践（第 2 版） ·X·

GLSL着色器语言  35

应用程序与着色器之间的数据传递  38

在应用程序中定义attribute变量  38

在应用程序中定义uniform变量  40

GLSL新版本之间的转换方式  42

本章练习  44

第4章  glman的使用  45

使用glman  46

加载GLIB文件  47

编辑GLIB文件和着色器文件  47

生成GLIB场景  47

窗口和视见操作  47

转换操作  48

定义几何对象  48

定义纹理  50

定义着色器名  50

其他命令  51

定义uniform变量  51

GLIB文件示例  53

纹理和噪声  54

使用纹理  55

使用噪声纹理  55

glman界面窗口功能  56

生成并显示场景的硬拷贝  56

全局场景转换  57

眼睛转换  57

对象拾取和转换  57

纹理转换  58

显示帧速率  58

其他功能项  59

本章练习  59

第5章  GLSL着色器语言  61

着色器语言的成因  61

图形卡功能项  62

通用GLSL语言  63

共享命名空间  64

函数扩展和操作符功能项  64

目    录 ·XI·

新增函数  64

新增变量类型  65

新增函数参数类型  65

具体实现  65

忽略的语言功能项  66

新增矩阵和向量类型  66

名称集  67

向量构造函数  67

矩阵和向量扩展函数  68

矩阵和向量的扩展操作  70

新增函数  71

混合操作  75

新增函数参数类型  75

const变量  76

兼容模式  76

定义兼容模式  76

OpenGL 2.1内建数据类型  77

综述  81

本章练习  81

第6章  光照  82

ADS光照模型  82

ADS光照模型函数  83

光源类型  85

固定光源  85

有向光源  86

聚光灯  86

构建基于着色器的光照机制  88

固定着色  88

平滑着色  89

Phong着色方案  89

各向异性着色  90

本章练习  91

第7章  顶点着色器  92

图形管线中的顶点着色器  93

顶点着色器的输入数据  93

源自顶点着色器的输出数据  94

几何体  94

顶点着色器之后的固定功能处理  96

图形着色器——理论与实践（第 2 版） ·XII·

顶点着色器和细分着色器之间的关系  96

顶点着色器和几何着色器之间的关系  96

利用顶点着色器替换固定功能图形操作  97

标准的顶点处理过程  97

基于顶点着色器的固定功能管线扩展  97

顶点修正  98

顶点着色器中的问题  100

生成法线  100

综述  101

本章练习  102

第8章  片元着色器和表面外观  103

片元着色器的基本功能  104

片元着色器的输入数据  104

片元着色器的in变量  105

坐标系  106

片元着色器处理机制  107

源自片元着色器的输出数据  107

利用片元处理器替换固定功能处理  107

着色机制  107

传统的纹理贴图  108

伪色  108

片元着色器后续步骤  110

其他着色器效果  110

像素丢弃  111

Phong着色  111

基于解析法线的着色机制  112

各向异性着色  113

基于数据驱动的色彩方案  114

使用其他数据生成图像  115

本章练习  116

第9章  片元着色器中的表面纹理  117

纹理坐标  117

传统的纹理贴图  117

GLSL纹理贴图  118

纹理上下文  120

固定功能管线中的纹理环境  121

纹理采样参数  121

目    录 ·XIII·

采样器  122

过程纹理  122

凹凸贴图  127

立方体贴图  132

渲染至纹理  135

渲染至纹理（glman多路渲染）  138

本章练习  140

第10章  噪声  141

噪声的基本概念  141

3种噪声类型：数值、梯度以及数值+梯度  142

三次插值和五次插值  142

噪声方程  143

其他噪声  145

分形布朗运动（FBM，1/f，倍频程）  146

二维噪声和三维噪声  146

基于glman的噪声  148

基于内建GLSL函数使用噪声纹理  149

湍流  149

不同环境中的噪声示例  151

大理石着色器  153

云彩着色器  153

木材着色器  155

与噪声相关的高级话题  156

noisegraph应用程序  156

本章练习  157

第11章  基于着色器的图像处理  159

基本概念  160

单幅图像处理  160

亮度  160

CMYK转换  161

色调转换  163

图像过滤机制  165

图像模糊操作  166

色度键图像  167

立体视图  169

3D电视  171

边检测技术  173

图形着色器——理论与实践（第 2 版） ·XIV·

浮雕效果  174

卡通着色器  176

艺术视觉效果  177

图像的翻转、旋转和扭曲  178

图像混合处理  182

基于固定基图像的图像混合操作  183

反像  183

亮度  184

对比度  184

图像的自身混合操作  185

饱和度  185

锐利度  186

不同图像间的混合操作  187

其他合成方案  188

图像渐变  190

内容提示  194

本章练习  195

第12章  几何着色器的概念和示例  198

几何着色器的功能  198

新型邻接图元  200

基于输入和输出变量的布局结构  201

新增OpenGL API函数  201

新增GLSL变量以及变量类型  203

顶点着色器或细分着色器与几何着色器之间的通信  203

几何着色器中的法线  204

应用示例  205

Bezier曲线  205

收缩三角形  207

球体细分  208

3D对象轮廓边  211

本章练习  213

第13章  细分着色器  214

细分着色器定义  214

细分着色器与几何着色器  215

细分着色器概念  216

设置细分级别时的问题  219

应用示例  219

目    录 ·XV·

等值线  219

Bezier曲面  222

球体细分  228

基于屏幕覆盖率的整球细分  233

PN三角形  236

综述  241

本章练习  241

第14章  GLSL API  243

OpenGL程序处理中的着色器  243

处理OpenGL扩展  244

GLSL着色器程序的创建方式  245

创建并编译着色器对象  245

CheckGLErrors()函数  247

创建、绑定、链接并激活着色器程序  248

生成着色器程序并绑定着色器对象  248

着色器程序的链接操作  249

激活着色器程序  250

向着色器传递数据  250

在应用程序中定义uniform变量  251

兼容模式下的uniform变量  253

在应用程序中定义attribute变量  254

兼容模式下的attribute变量  255

着色器程序的C++控制类  256

本章练习  257

第15章  基于着色器的科学可视化计算  258

基于图像的可视化技术  258

负像  258

图像边检测  259

卡通渲染  259

双曲线几何学  260

3D标量数据可视化计算  263

点云  264

剖切面  267

体探测  270

直接体渲染  271

其他转换函数  276

通过几何对象传递数据值  279

图形着色器——理论与实践（第 2 版） ·XVI·

地形凹凸贴图  280

流显示  283

2D线积分卷积  283

3D线积分卷积  285

获取流线对象  286

几何可视化  289

轮廓边技术  289

刺状区  290

本章练习  292

第16章  着色器应用  295

光线干涉现象  295

衍射光栅  295

油膜  299

透镜效果  301

浴室玻璃  304

大气效果  306

彩虹  307

辉光效果  310

其他视效函数  312

glman Timer函数  313

迪斯科球  313

雾效果  315

3D几何体变形  316

算法艺术  319

Connett圆  319

运动状态下的可见信息  321

爆炸效果着色器  322

本章练习  324

参考文献  326

附录A  基于GLSL程序的C++类  329

附录B  Matrix4 C++类  331

附录C  Vec C++类  334

附录D  顶点数组类  336

作者简介

本书详细阐述了与着色器程序设计相关的高效解决方案及相应的数据结构和算法，主要包括固定功能管线、OpenGL着色



器的发展、着色器基本概念、使用glman、GLSL着色器语言、光照、顶点着色器、片元着色器和表面外观、片元着色器中的表



面纹理、噪声、基于着色器的图像处理、几何着色器的概念和示例、细分着色器、GLSLAPI、基于着色器的科学可视化计算以



及着色器应用等内容。此外，本书还提供了相应的算法、代码以及伪代码，以帮助读者进一步理解相关方案的实现过程。



本书适合作为高等院校计算机及相关专业的教材和教学参考书，也可作为相关开发人员的自学教材和参考手册。

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