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交互式計算機圖形學：基於OpenGL著色器的自頂向下方法（第六版） ( 簡體 字) |
| 作者：張榮華,宋雨,劉書剛等 | 類別：1. -> 多媒體 -> OpenGL |
| 譯者： |
| 出版社：電子工業出版社 |  3dWoo書號： 32809
詢問書籍請說出此書號！【缺書】
【不接受訂購】 |
| 出版日：5/1/2012 |
| 頁數：512 |
| 光碟數：0 |
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站長推薦：   |
| 印刷：黑白印刷 | 語系： ( 簡體 版 ) |
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【不接受訂購】 | | ISBN：9787121169021 |
| 作者序 | 譯者序 | 前言 | 內容簡介 | 目錄 | 序 |
| (簡體書上所述之下載連結耗時費功, 恕不適用在台灣, 若讀者需要請自行嘗試, 恕不保證) |
| 作者序： |
| 譯者序： |
前言：譯 者 序
計算機圖形學（Computer Graphics）產生于20世紀60年代，是研究圖形的計算機生成、處理和顯示的一門學科。目前計算機圖形學已經滲透到工業生產和社會活動的各個領域，從飛機、汽車的計算機輔助設計到飛行模擬器、從視頻游戲到數字電影;從天氣預報到地質勘探;無一不應用計算機圖形生成技術。因此，以圖形人機接口和可視化技術為代表的計算機圖形學已成為計算機學科中最活躍的分支之一。
自從1995年第一款3dfx Voodoo圖形加速卡首次發布以來，圖形處理單元（GPU）的繪制結構發生了巨大的變化，經歷了從支持有限的固化算法（不具備可編程性的功能固定的GPU，Fixed拟Function GPU）到具有統一渲染架構的完全可編程GPU（Programmable GPU）的發展變化，并通過OpenGL ES和WebGL擴展到移動和互聯網領域。在過去幾年，GPU得到了迅速發展，三維圖形程序也經歷了從運行速度的提高到擁有高質量圖形表現力的轉變，圖形繪制系統性能的增長速度遠遠超過了摩爾定律，而且GPU本身還增加了許多新的特性。對于現代的OpenGL應用程序，所有的繪制都是通過頂點著色器和片元著色器來控制的，因此新的可編程結構為應用程序開發人員提供了極大的靈活性，迫切要求圖形學和科學界的研究人員提出新的算法，以解決那些到目前為止一直使用傳統的繪制結構解決的問題。
然而在很長的一段時間，我國大多數高校所采用的傳統的計算機圖形學教學模式并沒有跟上時下飛速發展的計算機圖形硬件的發展。這種傳統的計算機圖形學教學模式通常圍繞功能固定的GPU的三維圖形繪制流水線，使用C語言（或C++語言）并結合OpenGL API（或微軟的Direct3D）介紹計算機圖形學的原理、方法和基本的圖形繪制算法。隨著可編程GPU及眾多高級著色語言（如GLSL、HLSL和Cg等）的出現，這種傳統的計算機圖形學教學模式的缺陷也逐漸暴露出來。不具備可編程性的GPU雖然可以獲得圖形繪制性能和速度的提高，但是以應用程序編程人員放棄對圖形生成過程的控制為代價，因而從某種程度上限制了學生的創造性，也限制了高逼真、高質量復雜圖形的生成，其后果也就勢必無法改變許多學生學習計算機圖形學課程中的原理知識只知其“然”，不知其“所以然”的局面。用美國著名的心理學家Maslow的話來說：“如果你唯一的工具就是錘子，就會把所有的東西都當做釘子”。這就是說，這種傳統的計算機圖形學教學模式必將限制學生利用高級著色語言控制GPU進行圖形繪制或計算的能力。目前國外許多大學都已經將基于可編程GPU的高級著色語言融入計算機圖形學的教學與實踐中，如University of New Mexico、Harvard、MIT、Caltech、Stanford、Purdue、Brown University、University of Illinois、University of Texas, Austin，等等。因此，隨著目前可編程GPU的快速發展，為了切實提高計算機圖形學課程的教學質量與教學水平，更好地與國際計算機圖形學教育及科研實踐接軌，逐漸在我國高校的計算機圖形學課程中引入基于可編程GPU繪制流水線及面向著色器編程的新型教學模式已是當務之急。
譯者多年從事計算機圖形學的教學與研究，深知選擇這樣一本“基礎性與先進性、理論性與應用性、科學性與通俗性”相結合且能滿足目前計算機圖形學新型教學模式的教材的重要性。目前在國內外很少有基于這種新型教學模式的計算機圖形學書籍，而本書第六版反映了計算機圖形學在圖形硬件設備和圖形繪制標準等方面的最新發展現狀。從本書的副標題（基于OpenGL著色器的自頂向下方法）可以看出，相比于前面五個版本，第六版完全基于可編程GPU的OpenGL著色器編程來介紹計算機圖形學的相關原理、方法和技術。因此，本書的第六版能很好地滿足這種新型教學模式的需求，也是培養學生基于現代GPU的可編程計算思維的一本非常難得的優秀教材。
本書的主要特色如下所述。
內容豐富而又系統，基礎性內容和拓展性主題相結合。本書涉及現代計算機圖形學課程幾乎所有的主要內容，涵蓋了基于OpenGL著色器的交互式圖形編程、三維可編程繪制流水線、變換與觀察、光照與明暗繪制、曲線曲面建模等基本的計算機圖形學內容以及離散技術、層級建模、過程建模、光線跟蹤、并行繪制和體繪制等高級內容。
內容編排和組織獨具特色，綜合了知識性和實用性。本書采用了“自頂向下”和面向OpenGL著色器編程的方法，使學生既能使用C++語言、OpenGL著色語言（GLSL）并結合OpenGL迅速地編寫自己的交互式三維圖形應用程序，又能系統地掌握計算機圖形學的基本原理、方法和技術。
作者結合自己在計算機圖形學領域多年的教學和科研成果，為本書提供了大量的經典示例程序（附錄A給出了書中10個示例程序的完整源代碼）、豐富的插圖、彩圖本書的彩圖已上載到華信教育資源網(http://www.hxedu.com.cn),有興趣的讀者可免費下載——編者注。和習題，并在每章后面提供了最新的建議閱讀資料，為進一步加深和擴展讀者對有關內容的理解提供了有力支持。
既不乏經典理論，又側重近幾年計算機圖形學發展的最新成果。本書第六版中新增的某些技術是最近的文獻中出現的新技術，這些新技術只能基于可編程GPU。為了及時反映計算機圖形學的發展現狀，本書對第五版中某些章節進行了調整，并增刪了相關內容。
將第五版中的“輸入和交互”和“可編程著色器”這兩章的內容融入到其他的有關章節中，尤其是將基于OpenGL著色器的編程模式貫穿于本書所有的章節。為此，使用C++語言、GLSL語言和OpenGL 3.1重寫了書中所有示例程序的代碼（書中的所有示例程序都采用了新的繪制模式，包括三個部分：OpenGL應用程序代碼、頂點著色器代碼和片元著色器代碼）。
在OpenGL 3.1版本之前，所有的版本都向后兼容，因此使用早期OpenGL版本開發的圖形應用程序可以確保在新版本中正常運行。然而，OpenGL 3.1及以后的新版本廢棄了早期版本中的一些OpenGL函數，這些廢棄的函數包括立即繪制模式以及功能固定的繪制流水線中的許多默認行為。這種設計理念上的主要變化使得OpenGL能夠迅速包含新的圖形硬件特性。第六版的所有示例程序不再使用那些被OpenGL 3.1廢棄的OpenGL函數，但對于那些需要運行舊版本代碼的用戶來說，也能正常運行其程序，這是因為幾乎所有的OpenGL實現都支持對所有廢棄功能的兼容性擴展。
增加了對WebGL、Delaunay三角剖分、體繪制、點云等內容的介紹。
本書原版是國外諸多大學采用的一本經典的計算機圖形學教材，譯者甚感榮幸再次承接了本書最新版本的翻譯工作。為了確保譯文的質量，譯者和校對人員花了大量時間對譯文進行認真的校對和統稿。對于原文中顯而易見的錯誤，譯者在譯文中直接進行了更正，而對于原文中可能有誤的地方，譯文中均以“譯者注”的形式做了標注，以供讀者參照。
本書的翻譯得到了很多人的幫助與參與，在此衷心感謝為本書翻譯付出努力的每一個人！除了本人之外，宋雨、劉書剛也參與了本書的翻譯工作。另外，劉志宇、趙有江、石德龍、高少博、多金釗、李一梅、廖良斌等也參與了本書初始資料的整理和校對等工作。
譯者在翻譯過程中雖然力求準確地反映原著內容，但由于自身的知識局限性，譯文中難免有錯漏之處，敬請讀者批評指正。
華北電力大學計算機系
張榮華
2011年9月 于保定
前 言
第六版新增內容
● 全書使用基于著色器的新版本OpenGL
● 不再使用在OpenGL 3.1中所棄用的OpenGL函數
● 在OpenGL應用程序代碼和著色器中均增加了實現變換和觀察的細節描述
● 保持與OpenGL ES 2.0和WebGL的一致性
● 用C++代替了C
● 增加了向量類和矩陣類以創建與OpenGL著色語言（GLSL）兼容的應用程序代碼
● 討論了基于頂點的光照計算和基于片元的光照計算
● 增加了多邊形的三角細分和Delaunay三角剖分
● 介紹了體繪制
● 重新編寫了所有示例程序的代碼以適合OpenGL 3.1
● 增加了新合著者，《OpenGL編程指南》的作者Dave Shreiner
本書是計算機圖形學的入門教材，重點介紹應用程序的編寫。本書于1997年首次出版，第一版在使用標準圖形庫和自頂向下的方法上多多少少是一場革命。在接下來的13年中，發行了5個版本，大多數計算機圖形學概論課以及幾乎所有的教科書都采用了本書的方法。
在過去的幾年中，圖形硬件的重大變化已經導致了圖形軟件的重大變化。在OpenGL的前15年，新版本的發布一直保持向后兼容，基礎軟件的升級使代碼的可重用能力成為重要的優點，應用軟件的開發者和圖形學課程的教師都在受益。從所公布的OpenGL 3.0重大變化來看，其中一個關鍵的變化是從OpenGL 3.1開始，許多先前版本中最常見的函數將被廢棄。相對于先前版本的這一根本變化反映出需要使用最新的可編程圖形處理單元（GPU）的功能變化，這些變化也是OpenGL ES 2.0和WebGL的一部分，OpenGL ES 2.0用于開發手機和圖形輸入板等移動終端設備的應用軟件，而WebGL支持大多數最新的瀏覽器。
就像本書以前5個版本的作者（Edward Angel）以及《OpenGL編程指南》和《OpenGL ES 2.0編程指南》的作者（Dave Shreiner）一樣，我們面臨著如何反映這些變化的難題。我們撰寫了多部書籍并在ACM SIGGRAPH中多年從事OpenGL導論課程的教學，我們發現在高等教育界或高端游戲領域之外的應用程序編程人員，幾乎沒有人了解這些變化，知道這些變化的人并不認為我們可以在初級層次教會這些概念。這曾是一個我們不能抗拒的挑戰，在SIGGRAPH的課程教學中，我們從半天的短期課程開始，這使我們確信可以教會以前沒有圖形編程經驗的人如何編寫一個基于著色器的實用程序，只不過比早期版本的OpenGL多一點點工作而已。
在編寫這一版的時候，我們找到了一些其他理由，這使我們確信這種教學方法不僅是可能的，而且對學生學習計算機圖形學甚至更好。就在不久前，我們宣講了OpenGL帶來的優勢，它適用于Windows、Linux 以及Mac OS X，這樣就可以講授一門讓學生在喜愛的操作系統環境中編程的課程。學生們現在可以用OpenGL ES和WebGL開發手機和Web瀏覽器上的應用軟件，這將激勵學習計算機圖形學的學生和教師，并開辟許多新的教育和商業機會。
我們認為對于學習經驗來說尤為重要的是，讀者應該知道在這些OpenGL的新版本中棄用了先前版本中的大部分默認函數以及固定功能的繪制流水線。乍看起來，這種棄用機制似乎使第一節課程的教學更加困難，也可能稍微困難些，但是我們認為會更好。因為大多數學生過于依賴這些函數，而并不太在意課本或教師要講授給他們什么。為什么當學生使用繪制透視投影圖或執行光照計算的OpenGL內置函數就感到畏懼呢？現在，這些函數沒有了，學生們不得不自己編寫著色器來完成這些任務，這樣他們就必須首先理解計算機圖形學的基本原理和相關的數學基礎。
自頂向下的方法
圖形學的新進展以及本書前5個版本的成功一直鞭策著我們堅持采用自頂向下的、面向程序設計的方法來介紹計算機圖形學。雖然許多計算機科學與工程系現在開設了多門計算機圖形學課程，但是大多數學生只選修一門。在學生們學習了程序設計、數據結構、算法、軟件工程和基礎數學以后給他們安排一門圖形學課程，應允許教師以內容充實并且有趣的方式按上述已學課程來組織計算機圖形學課程，我們希望這些學生學習這門課程時盡可能早地編寫出三維應用程序。底層的算法，例如繪制線段或者填充多邊形，可以在學生們編寫了圖形程序之后再考慮。
計算機教育的先驅John Kemeny曾經把自頂向下的編程方法與我們熟悉的汽車來類比：你沒有必要知道汽車罩下面是什么，但是如果知道內部的工作原理，你就會去駕駛汽車而不是坐在汽車后座上。同樣的類比適用于講授計算機圖形學的方法。第一種方法（算法的方法）是把汽車工作原理的方方面面都交代清楚：發動機、傳動裝置、燃燒過程等；第二種方法（概覽的方法）是雇一名司機，自己坐在后面觀光；第三種方法（本書采用的編程方法）是教會你如何駕駛并把車開到你想要去的地方，正如一句過時的租賃廣告詞說的那樣：“讓我們把你放在駕駛員的位子上去”。
使用OpenGL和C++語言編程
當本書的第一作者Edward Angel在25年前開始講授計算機圖形學的時候，當時以面向編程的方式講授這門課程并編寫相應教材的最大障礙是缺乏一個廣泛接受的圖形庫或者應用程序編程接口（API）。遇到的困難包括：高成本、可用性受限、缺乏通用性以及高復雜性。OpenGL的開發解決了我們中很多人在其他API（例如GKS和PHIGS）中遇到的以及在使用自己編寫的軟件作為替代時所面臨的大多數困難，今天所有的平臺都支持OpenGL，它已和Microsoft Windows以及Mac OS X操作系統集成在一起。實際上所有的圖形卡都有驅動程序，在大多數Linux發行版中也都包含一個稱為Mesa的OpenGL API。
一門圖形學的課程遠遠不能僅講授如何使用一種特定的API，一種好的API應使得講授圖形學中的一些關鍵內容變得更容易，這些內容包括三維圖形學、光照和明暗處理、客戶／服務器圖形系統、建模以及實現算法。我們相信，OpenGL的擴展功能以及良好定義的結構可以為講授圖形學理論和實踐這兩方面提供了更好的基礎，而且OpenGL同樣也可以為講授包括紋理映射、圖像融合以及可編程著色器在內的一些高級概念提供更好的基礎。
大約15年以前Edward Angel就開始在授課時使用OpenGL，結果令他欣喜若狂。在那個學期的期中之前，所有的學生就都能編寫出中等復雜程度的三維圖形程序，而編寫這樣的程序需要理解三維顯示和事件驅動輸入。在這之前幾年的計算機圖形學教學中，Edward Angel從未收到過如此好的教學效果，那次課程孕育出了本書的第一版。
本書是關于計算機圖形學的教科書，并不是OpenGL使用手冊。因此，沒有把OpenGL API的方方面面都一一介紹，而是僅僅解釋了對于掌握本書內容來說必要的那些部分。因而，本書在介紹OpenGL時的定位是允許其他API用戶毫無困難地閱讀本書的內容。
與前幾個版本相比，這一版使用C++代替C語言作為占主導地位的編程語言，主要原因是必須用OpenGL著色語言（GLSL）來編寫著色器，而著色器是控制GPU的程序。GLSL是一個類似于C的語言，包括向量和矩陣的原子數據類型，以及操作它們的基本運算符的重載。OpenGL的所有現代版本要求每一個應用程序提供兩個著色器，因此學生需要使用這些特征，它們可以支持C++。只通過使用C++的這部分（簡單類、構造函數、重載操作符）內容，我們就可以實現基本圖形概念，如變換和光照，無論是OpenGL應用程序還是著色器幾乎都是完全相同的代碼。此外，使用本書網站提供的簡單矩陣類和向量類可以編寫出更加清晰、簡潔的代碼。學習Java或C語言的學生理解本書中的代碼應該沒什么困難。
適用的讀者
本書適用于計算機科學和工程專業的高年級本科生和一年級研究生，以及具有良好程序設計能力的其他專業學生。本書對于許多專業人員也是有價值的。我們已經成功地為專業人員講授了100多次短期課程，從這些非傳統意義的學生身上獲得的經驗極大地影響了本書的內容。
在閱讀本書之前，讀者應該熟練掌握C++、Java或者C語言，理解鏈表和樹等基本數據結構并具有線性代數和三角學的初步知識。我們發現計算機科學專業學生的數學背景相差很大，不管是本科生還是研究生都是如此。因此，本書包含了很多計算機基礎圖形學所需的線性代數和幾何學知識。
本書的內容組織
本書內容組織如下：第l章概覽整個圖形學領域并介紹了基于光學設備的圖像生成，這樣從一開始就引入了三維圖形學的概念。第2章介紹OpenGL編程，雖然編寫的第一個示例程序是二維的（每一章都有一個或者多個完整的編程示例），但是這個程序是嵌入在三維環境下編寫的，并且可以擴展到三維。這一章還介紹交互式圖形學以及基于事件驅動的圖形程序開發。第3章和第4章討論三維圖形學概念，第3章討論如何定義和處理三維對象，而第4章討論如何觀察它們。第5章介紹光線和材質之間的相互作用以及明暗繪制。這5章應該按順序講授，在一個總共15周的學期里，大約10周可以講完這些內容。
后面的6章可以按照任何順序閱讀。所有這6章都或多或少是開放式的，讀者可以概覽，也可以深究其中的一些課題。第6章討論光柵化，對三維圖形繪制流水線中的每個基本步驟都給出了一種或兩種主要算法，這些基本步驟包括裁剪、直線段生成和多邊形填充。第7章介紹目前圖形硬件和OpenGL所支持的許多新的離散技術，所有這些技術都需要與各種緩存打交道，這一章以簡單討論計算機圖形學中的走樣問題而結束。第6章和第7章討論了用于所有交互式圖形系統的標準觀察流水線。
第8章包含層級建模主題中的若干松散內容，涉及從層級模型（封裝了各部分之間聯系的模型）的構造到互聯網圖形繪制的高級方法。這一章包括對場景圖和開放場景圖（OSG）的介紹。第9章介紹若干過程方法，包括粒子系統、分形和過程噪聲。第10章討論曲線和曲面，包括細分曲面。第11章介紹其他一些高繪制方法，進一步討論了光線跟蹤和輻射度方法，還介紹了基于圖像的繪制和并行繪制。
附錄A主要是本書第一部分的程序，它們也可以從網上得到（參看輔助資料），附錄B和附錄C包含對背景數學知識的回顧，附錄D包括本書用到的OpenGL函數一覽。
相對第五版的變化
讀者對于本書前5版的絕大多數評價都是肯定的，特別是對于采用OpenGL和自頂向下的方法更是如此。雖然每版都增加材料以反映圖形學領域的最新進展，但是第五版做了重大改變，引入了可編程著色器和OpenGL著色語言。這部分材料不是必需的，因為現有OpenGL版本向后兼容。好在大多數教師主要選擇前6章的內容，并不講授可編程著色器。
正像我們在本版前言開始所指出，使用新版本的OpenGL，每一個應用程序都必須提供著色器。與早期版本相比大部分基本函數已被棄用，包括指定幾何體、變換和光照參數的函數。因此，可編程著色器及GLSL需要在第2章介紹，與以前的版本相比，雖然第六版中的許多示例程序產生相同的輸出結果，但代碼完全不同。
第六版將有關圖形交互的核心內容合并到了第2章，而不再將輸入和交互作為單獨一章。這樣，第2章篇幅雖然變得稍微有些長，但與先前的版本相比，我們認為增加的可編程著色器內容只是稍微延遲了布置第一次編程練習作業。
可編程著色器使應用程序編程人員面臨一種選擇，他們需要考慮是在OpenGL應用程序中還是在著色器中實現大部分核心的圖形繪制功能。本版重新組織了某些材料以便集中介紹與某個特定主題相關的可選內容。例如，分別在OpenGL應用程序中、頂點著色器中以及片元著色器中進行光照計算的內容都集中放在了第5章介紹。
讀者對以前版本中第1章到第6章的核心內容反映很好，所以本版盡量保持這些章節的內容（新版為第1章至第5章），使其改變降到最低。本版仍將第1章至第5章視為計算機圖形學導論課程的核心內容，第6章至第11章可以按任何順序來使用，既可以作為一個學期的概論課，也可以作為順序開設的兩個學期的課程內容。
輔助資料
在作者的網站www.cs.unm.edu/~angel和Addison拟Wesley出版社的網站www.aw.com/cssupport上都可以找到本書的輔助資料。所有讀者都可以獲得下面的輔助資料有關本書教輔資料的獲取方法請參閱書后所附的《教輔支持說明》——編者注。：
● 關于OpenGL的資源信息
● 在大多數流行的系統上使用OpenGL進行編程的操作指南
● 編寫具有更強魯棒性OpenGL應用程序的附加材料
● 程序代碼
● 部分習題答案
● PowerPoint講稿
● 書中的插圖
還有一些輔助資料，包括所有非程序設計習題的解答，僅提供給采用本書做教材的教師使用。請與Addison拟Wesley出版社代理聯系，以獲取使用這些資料的信息。
致謝
在過去的幾年中，Edward Angel有幸在新墨西哥大學遇到了許多優秀的學生，是他們最早使他對OpenGL產生了興趣，從他們那里Edward Angel學到了很多東西。這些學生包括：Hue （Bumgarner拟Kirby）Walker、Ye Cong、Pat Crossno、Tommie Daniel、Chris Davis、Lisa Desjarlais、Kim Edlund、Lee Ann Fisk、Maria Gallegos、Brian Jones、Christopher Jordan、Max Hazelrigg、Sheryl Hurley、Thomas Keller、Ge Li、Pat McCormick、Al McPherson、Ken Moreland、Martin Muller、David Munich、Jim Pinkerton、Jim Prewett、Dave Rogers、Hal Smyer、Takeshi Hakamata、Dave Vick、Brian Wylie 和Jin Xiong，許多彩圖中的例子都出自這些學生。
本書第一版是Edward Angel在休假期間撰寫的，他在5個不同的國家完成了本書。如果沒有若干人士以及若干大學、研究機構給他提供的幫助，該書是完不成的，他們給他提供了便利。衷心感謝委內瑞拉安第斯大學（Universidad de los Andes）的Jonas Montilva和Chris Birkbeck、厄瓜多爾天球赤道理工大學（Universidad Tecnologica Equinoccial）的Rodrigo Gallegos和Aristides Novoa、中國臺灣清華大學的Long Wen Chang、中國香港中文大學的Kin Hong Wong和Pheng Ann Heng。Edward Angel到許多地方的參觀訪問都得益于國際超導技術中心（ISTEC）和新墨西哥州大學（The University of New Mexico）的Ramiro Jordan的幫忙。無論Edward Angel何時有問題，新墨西哥州大學的John Brayer和Jason Stewart、Addison拟Wesley出版社的Helen Goldstein都設法幫他解決。Edward Angel的網站上描述了寫作第一版的經歷。
NVIDIA公司的David Kirk和Mark Kilgard慷慨地為測試很多算法提供了顯卡。還應感謝許多給予了極大幫助的人士，他們是Ben Bederson、Gonzalo Cartagenova、Tom Caudell、Kathi Collins、Kathleen Danielson、Roger Ehrich、Robert Geist、Chuck Hansen、Mark Henne、Bernard Moret、Dick Nordhaus、Helena Saona、Dave Shreiner、Vicki Shreiner、Gwen Sylvan和Mason Woo。承蒙OpenGL協會的Mark Kilgard、Brian Paul和Nate Robins的極大幫助，他們編寫了能使OpenGL代碼在各種平臺上都可以開發的軟件。
新墨西哥大學的藝術、研究、技術和科學實驗室（ARTS Lab）以及高性能計算中心對Edward Angel的許多項目提供了支持，計算機科學系、美術學院的藝術技術中心、美國國家科學基金、Sandia國家實驗室和Los Alamos國家實驗室資助了許多Edward Angel的學生和研究項目，本書的部分內容就來自這些研究項目中的一部分。曾在北極星天文館現在ARTS實驗室的David Beining為FullDome項目提供了極大的支持，Sheryl Hurley、Christopher Jordan、Laurel Ladwig、Jon Strawn和Hue（Bumgarner拟Kirby）Walker通過FullDome項目提供了本書彩圖中的一些圖像。Hue Walker為前三個版本設計了精美的封面，她的畫面是本版封面的基礎。
本書的第二作者Dave Shreiner首先感謝Edward Angel邀他參與了該書的寫作。我們彼此交換自己對OpenGL的看法以及如何開展教學已多年，把那些概念教給新學生是很令人興奮的。Dave Shreiner也首先感謝曾在硅圖形計算機系統工作過的同事們、創建OpenGL的同事們，以及一直研究API的Khronos組織的OpenGL工作組。就像Edward Angel所說，ACM SIGGRAPH顯然在開發這些材料中起到了重要作用，對于該組織能為探索我們的想法所提供的熱點研究題目不勝感激。
評閱人在本書應該包括哪些內容和應該介紹到什么程度這兩方面提出了各種各樣的看法，先前版本的評閱人包括：Gur Saran Adhar（北卡羅來納大學威明頓分校）、Mario Agrular（杰克遜維爾州立大學）、Michael Anderson（哈特福德大學）、C．S．Bauer（中佛羅里達大學）、Marty Barrett（東田納西州立大學）、Kabekode V. Bhat（賓夕法尼亞州立大學）、Eric Brown和Robert P. Burton（楊伯翰大學）、Sam Buss（加利福尼亞大學圣迭戈分校）、Kai H．Chang （奧本大學）、Ron DiNapoli（康奈爾大學）、Eric Alan Durant（密爾瓦基工程學校）、David S．Ebert （普度大學）、Richard R. Eckert（賓漢姆頓大學）、Jianchao（Jack） Han（加利福尼亞州立大學多明格茲崗分校）、Chenyi Hu（阿肯色中央大學）、Mark Kilgard（NVIDIA公司）、Lisa B．Lancor（南康涅狄格州立大學）、Chung Lee（加州波莫納理工大學）、John L．Lowther（密歇根理工大學）、R．Marshall（波士頓大學和橋水大學）、Hugh C. Masterman（馬塞諸塞大學洛威爾分校）、Bruce A．Maxwell（史威特摩爾學院）、James R．Miller（堪薩斯大學）、Rodrigo Obando（哥倫布州立大學）、Andrea Salgian（新澤西學院）、Lori L. Scarlatos（紐約城市大學布魯克林學院）、Han拟Wei Shen（俄亥俄州立大學）、Oliver Staadt（加州大學戴維斯分校）、Stephen L．Stepoway（南衛理工會大學）、Bill Toll（泰勒大學）、Michael Wainer （南伊利諾伊大學卡本戴爾分校）、YangWang（南衛理工會大學）、Steve Warren（堪薩斯州立大學）、Mike Way（佛羅里達南方學院）、George Wolberg（紐約城市大學）、Xiaoyu Zhang（加州州立大學圣馬科斯分校）、Ye Zhao（肯特州立大學）和Ying Zhu（佐治亞州立大學），雖然最后的定稿可能沒有反映出他們的意見（因為有些意見彼此相左），但每位評閱人的意見都鞭策著我們反思書稿的每一頁內容。
本版評閱人給予了極大的幫助和支持，他們是：Norman I. Badler（賓夕法尼亞大學）、Mike Bailey（俄勒岡州立大學）、Bedrich Benes（普度大學）、Isabelle Bichindaritz（華盛頓大學塔科馬分校）、Cory D. Boatright（賓夕法尼亞大學）、Eric Brown和James Cremer（艾奧瓦大學）、John David N. Dionisio（洛約拉瑪莉曼特大學）、W Randolph Franklin（倫斯勒理工學院）、Natacha Gueorguieva（紐約城市大學/紐約市立大學斯坦頓島學院）、George Kamberov（史蒂文斯理工學院）、Hugh Masterman（馬塞諸塞大學洛威爾分校）、Tim McGraw（西弗吉尼亞大學）、Jon A. Preston（南方理工大學）和Bill Toll（泰勒大學）。請他們評閱本書并不是他們的課內之事，若要適應本書就得明顯地變動他們的課程，他們每位都認識到我們方法的重要性，并愿意采用本教材。
我們同樣感謝Addison拟Wesley出版社的整個出版團隊。在本書的6個版本和《OpenGL程序設計指南》的出版過程中，Edward Angel與Peter Gordon、Maite Suarez拟Rivas和Matt Goldstein三位編輯合作得非常愉快。在本書全部6個版本的出版時，Paul Anagnostopoulos一直幫助解決使用Windfall Software 工具時的排版問題，幫助之大溢于言表。Edward Angel要特別感謝編輯Lyn Dupre，如果讀者看到第一版的原稿，就會驚嘆于Lyn Dupre的妙筆神功。
Edward Angel在此要特別鳴謝妻子Rose Mary Molnar，她為本書第一版制作了插圖，其中許多插圖構成了本書插圖的基礎。也許只有經歷過圖書出版過程并撰寫過許多文稿的人以及為出版工作做出過貢獻的人才能充分理解寫書過程的艱辛。真誠地把本書獻給Rose Mary，盡管這仍不足以表達Edward Angel對妻子所有貢獻的謝意。
Dave Shreiner感激妻子Vicki的支持和鼓勵，沒有她，本書創造性的成果不會展現給讀者，她不僅給予Dave Shreiner溫暖，陪伴左右，而且對本書的描述和素材提出了珍貴意見。在Dave Shreiner對OpenGL的所有研究中，她都稱得上是一個不可多得的幕后搭檔。
Edward Angel
Dave Shreiner |
內容簡介：本書采用自頂向下的方法并輔以面向編程的方式，基于現代可編程GPU的著色器編程，使用C++語言、OpenGL著色語言（GLSL）并結合OpenGL系統地介紹了現代計算機圖形學的核心概念、原理和方法。本書是作者多年來教學與科研工作的總結，涵蓋了基于OpenGL著色器的交互式圖形編程、三維可編程繪制流水線、變換與觀察、光照與明暗繪制、曲線曲面建模等基本的計算機圖形學內容以及離散技術、層級建模、過程建模、光線跟蹤、并行繪制和體繪制等高級內容，并為讀者進一步深入學習和研究，在每章后面提供了相關的建議閱讀資料。
本書第六版進一步反映了計算機圖形學的最新發展現狀，面向圖形應用開發并輔以大量的示例和完整的源代碼，是一本“基礎性與先進性、理論性與應用性、科學性與通俗性”相結合的內容全面而又系統的國外經典計算機圖形學教材。 |
目錄：第1章 圖形系統和模型
1.1 計算機圖形學的應用
1.2 圖形系統
1.3 物理圖像與合成圖像
1.4 成像系統
1.5 虛擬照相機模型
1.6 應用程序編程接口
1.7 圖形繪制系統的體系結構
1.8 可編程流水線
1.9 性能特征
小結和注釋
建議閱讀資料
習題
第2章 圖形學編程
2.1 Sierpinski鏤墊
2.2 編寫二維圖形應用程序
2.3 OpenGL應用程序編程接口
2.4 圖元和屬性
2.5 顏色
2.6 觀察
2.7 控制函數
2.8 Sierpinski鏤墊繪制程序
2.9 多邊形和遞歸
2.10 三維Sierpinski鏤墊
2.11 增加交互性
2.12 菜單
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習題
第3章 幾何對象和變換
3.1 標量、點和向量
3.2 三維圖元
3.3 坐標系和標架
3.4 OpenGL中的標架
3.5 矩陣和向量類
3.6 建模一個彩色立方體
3.7 仿射變換
3.8 平移、旋轉和縮放
3.9 變換的齊次坐標表示
3.10 變換的級聯
3.11 OpenGL變換矩陣
3.12 使立方體旋轉起來
3.13 三維應用程序的接口
3.14 四元數
小結和注釋
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習題
第4章 觀察
4.1 經典觀察和計算機觀察
4.2 計算機觀察
4.3 定位照相機
4.4 平行投影
4.5 透視投影
4.6 OpenGL中的透視投影
4.7 透視投影變換矩陣
4.8 隱藏面消除
4.9 顯示網格
4.10 投影和陰影
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習題
第5章 光照和明暗繪制
5.1 光線和材質
5.2 光源
5.3 Phong反射模型
5.4 計算向量
5.5 多邊形的明暗繪制
5.6 通過遞歸細分逼近球面
5.7 指定光照參數
5.8 實現光照模型
5.9 球面模型的明暗繪制
5.10 基于每個片元的光照計算
5.11 全局光照
小結和注釋
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習題
第6章 從頂點到片元
6.1 圖形繪制流水線的基本實現策略
6.2 圖形繪制系統的四個主要任務
6.3 裁剪
6.4 線段的裁剪
6.5 多邊形的裁剪
6.6 其他圖元的裁剪
6.7 三維裁剪
6.8 光柵化
6.9 Bresenham算法
6.10 多邊形光柵化算法
6.11 隱藏面消除
6.12 反走樣
6.13 顯示方面的問題
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習題
第7章 離散技術
7.1 緩存
7.2 數字圖像
7.3 緩存的寫操作
7.4 映射方法
7.5 紋理映射
7.6 OpenGL的紋理映射
7.7 紋理生成
7.8 環境貼圖
7.9 反射貼圖示例程序
7.10 凹凸映射
7.11 合成技術
7.12 采樣與走樣
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習題
第8章 層級建模方法
8.1 圖符和實例
8.2 層級模型
8.3 機器人手臂
8.4 樹與樹的遍歷
8.5 使用樹形數據結構
8.6 動畫
8.7 圖形對象
8.8 場景圖
8.9 開放場景圖
8.10 圖形和因特網
8.11 其他樹形結構
小結和注釋
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習題
第9章 過程建模方法
9.1 基于算法的建模
9.2 基于物理的建模和粒子系統
9.3 牛頓粒子
9.4 求解粒子系統方程
9.5 約束條件
9.6 一個簡單的粒子系統
9.7 基于語言的建模
9.8 遞歸方法和分形
9.9 過程噪聲
小結和注釋
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習題
第10章 曲線和曲面
10.1 曲線和曲面的表示形式
10.2 設計準則
10.3 三次參數多項式曲線
10.4 插值
10.5 Hermite曲線和曲面
10.6 Bezier曲線和曲面
10.7 三次B樣條
10.8 普通B樣條
10.9 曲線和曲面的繪制
10.10 Utah茶壺模型
10.11 代數曲面
10.12 曲線和曲面的細分
10.13 從數據生成網格
小結和注釋
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習題
第11章 高級繪制
11.1 超越流水線繪制結構
11.2 光線跟蹤
11.3 構建一個簡單的光線跟蹤器
11.4 繪制方程
11.5 輻射度方法
11.6 RenderMan
11.7 并行繪制
11.8 體繪制
11.9 等值面與步進立方體
11.10 網格簡化
11.11 直接體繪制
11.12 基于圖像的繪制
小結和注釋
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習題
附錄A 示例程序
A.1 著色器初始化函數
A.2 Sierpinski鏤墊程序
A.3 遞歸實現Sierpinski鏤墊程序
A.4 在著色器中實現立方體的旋轉
A.5 透視投影
A.6 旋轉著色的立方體
A.7 對球面模型執行基于每個片元的光照計算
A.8 帶紋理的立方體旋轉程序
A.9 基于樹形結構的機器人繪制程序
A.10 茶壺繪制程序
附錄B 空間
B.1 標量
B.2 向量空間
B.3 仿射空間
B.4 Euclid空間
B.5 投影
B.6 GRAM拟SCHMIDT正交化
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習題
附錄C 矩陣
C.1 定義
C.2 矩陣的運算
C.3 行矩陣和列矩陣
C.4 秩
C.5 表示的變換
C.6 叉積
C.7 特征值和特征向量
C.8 向量和矩陣類
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習題
附錄D OpenGL函數一覽
D.1 初始化和窗口函數
D.2 頂點緩沖區對象
D.3 交互函數
D.4 屬性設置和功能開啟函數
D.5 紋理和圖像函數
D.6 狀態和緩存操作函數
D.7 查詢函數
D.8 GLSL函數
參考文獻 |
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