OpenGL 3D 绘图互动程式设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　OpenGL 开放图形库是渲染 2D 与 3D 几何物体的跨语言与跨平台的应用程式介面，广泛应用于 CG 图学的开发，包括电脑游戏、电脑视觉化(Computer Visualization)、电脑辅助设计(CAD)、模拟训练(Simulation training)、加强实境(AR)、虚拟实境 (VR) 和混合实境(MR)。

　　本书是使用新版 OpenGL 进行 3D 绘图程式的基础介绍，带领读者从最原始的架构开始了解 OpenGL，认识整个渲染途径（Render pipeline）的演进及其考量，给予读者每个阶段 (Stage) 的核心想法，并试着用这些渲染器（Shader）画出简单的图形。

　　全书採用全彩印刷，除了充分展现图形渲染、光线、贴图效果外，并以不同颜色区分程式码，方便学习。书中也以丰富案例实际展示 OpenGL 的应用成果，包括油画特效、机器人动画、主题乐园游戏等范例，教你如何实际运用这些技术，满足工作或专案开发的需求。

　　对于影像处理工程师、游戏设计师或 VR/AR 应用，本书都能满足您开发 3D 图形程式的需求，对于资讯工程科系的学子，更是您深入电脑图学不可或缺的必备教材。

本书特色

　　．使用 C++ 撰写 OpenGL 4.x 渲染器程式，多数范例适用 Windows 和 Mac 平台。
　　．提供全书范例完整程式码，实际一步步示范所有操作细节。
　　．提供 CG 电脑图学相关知识，补齐 OpenGL 开发所需的基础
　　．涵盖 GLSL 渲染途径的相关主题，包括：顶点渲染器、片段渲染器、密铺渲染器、几何渲染器等。
　　．贴图和贴图座标的基本概念，以及阵列贴图、贴图缓冲物件、立方体贴图、折射和反射效果等贴图技巧。
　　．网格生成与处理的基础，以及多边形汤与顶点间接的实作。
　　．法向量贴图技术、位移贴图技术以及自然现象中的影子与雾的渲染等进阶技巧。
　　．利用计算渲染器，进行 GPU 的平行化运算应用。
 

计算机图形学与可视化技术前沿探索 一本深入剖析现代计算机图形学核心理论与实践的权威著作 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的视角，用以理解和掌握驱动当代三维图形渲染、仿真与交互系统的基础原理和尖端技术。我们聚焦于从底层数学到高级视觉效果实现的完整链条，尤其强调高性能计算、实时渲染优化以及数据可视化的交叉领域。 第一部分：图形学基石——数学与几何的精确表达 本卷首先奠定坚实的数学基础，这是构建任何复杂三维系统的先决条件。我们将详尽阐述向量代数、矩阵变换（包括仿射变换与透视投影）在图形处理中的核心作用。重点章节将深入探讨微分几何在描述曲面细节（如法线计算、曲率分析）中的应用，而非仅仅停留在基础的线性代数层面。 坐标系与变换的精细化处理： 不仅讨论模型空间、世界空间、观察空间，更深入探究Tangent Space（切线空间）在法线贴图和细节映射中的作用，并详细解析不同投影矩阵（如正交投影与透视投影）的构造细节及其对深度缓存的影响。 曲线与曲面的高级表示： 抛弃传统仅介绍贝塞尔曲线的初级方法，本书将重点剖析NURBS（非均匀有理B样条）的数学定义、控制点的权重对曲面形状的影响，并介绍如何高效地在GPU上进行NURBS曲面的细分和渲染，这对于工业设计和精确建模至关重要。 第二部分：渲染管线的深度解构与现代实践 图形渲染管线是图形学的心脏。本书将以最新的硬件架构为参照，对管线中的每个阶段进行详尽的剖析，特别关注如何利用现代GPU的并行处理能力来最大化效率。 可编程着色器架构的演进与应用： 我们将详细讲解Vertex Shader（顶点着色器）和Fragment Shader（片段着色器）的职责划分、输入输出数据流。关键在于，我们不只展示如何编写基础的Lambertian模型，而是深入探讨基于物理的渲染（PBR）的核心思想，包括BRDF（双向反射分布函数）的数学模型（如Cook-Torrance, GGX），以及如何通过PBR实现材料的真实感再现。 光照、阴影与全局光照的模拟： 阴影是增加场景真实感的关键。本书将详细对比Shadow Mapping（阴影贴图）的优缺点，并引入更高级的技术，如Variance Shadow Maps (VSM) 以解决走样问题，以及屏幕空间环境光遮蔽 (SSAO) 的实现细节。对于全局光照，我们将介绍辐射度方法（Radiosity）的离线计算原理，以及在实时系统中如何通过光线追踪（Ray Tracing）技术（如硬件加速的光线遍历结构BVH的构建与优化）来实现更接近现实的光线行为，如反射、折射与焦散。 纹理映射与细节增强： 除了标准纹理坐标应用，本书会重点讲解多重纹理混合技术，以及如何使用法线贴图和置换贴图（Displacement Mapping）在不增加几何复杂度的前提下，极大地丰富模型的表面细节。 第三部分：高性能计算与并行化策略 在追求高帧率和复杂场景的背景下，如何高效利用并行硬件成为核心挑战。本书将大量篇幅用于讨论如何将图形算法转化为高效的并行计算任务。 计算着色器（Compute Shader）的应用： 阐述计算着色器如何突破传统渲染管线的限制，用于执行通用并行计算任务，例如粒子系统模拟、大规模数据并行处理、以及后处理效果的实现。我们将提供具体的案例，展示如何用计算着色器加速光照计算或物理仿真。 几何处理的高效算法： 讨论面向大规模数据集的Level of Detail (LOD) 选择策略，如基于距离的LOD和基于错误的LOD。重点剖析几何体实例化（Instancing）的原理及其在渲染数百万独立对象时的性能优势，以及如何管理和优化GPU的顶点和索引缓冲区。 第四部分：数据可视化与高级交互设计 图形学的应用远不止于游戏和电影。本部分探讨如何将复杂的科学数据和抽象信息转化为直观、可交互的三维视觉体验。 体绘制（Volume Rendering）技术： 针对医学影像（如CT、MRI）和科学仿真数据，本书详细介绍了光线步进法（Ray Marching）在体绘制中的应用，包括如何通过传递函数（Transfer Function）来控制不同密度数据的颜色和不透明度，实现对内部结构的清晰可视化。 交互式数据探索： 讨论如何设计高效的三维交互范式，使得用户能够在复杂的场景中进行平移、旋转、缩放、切片和数据拾取。重点分析拾取（Picking）技术的不同实现方法（如点击测试、颜色编码拾取），确保用户反馈的准确性和实时性。 本书特色： 本书的编写风格严谨，侧重于原理的深入阐释与工程实践的结合。每一章都力求在理论推导后，紧密联系现代图形API（如Vulkan或DirectX 12）的设计哲学，指导读者如何将抽象的数学概念转化为高性能的运行时代码，为致力于图形引擎开发、高级视觉效果制作或科学计算可视化的专业人士和资深学生，提供一份不可或缺的深度参考资料。我们避免了对特定API的过度依赖，而是着重于那些跨越硬件和软件代际的通用图形学原理。

作者简介

朱宏国

　　国立清华大学 资讯工程系 副教授

　　【学历】
　　成功大学资讯工程所博士

　　【专长】
　　计算机图学、三维模型处理、贴图纹理合成、视觉感知与应用

姚智原

　　国立台湾科技大学 资讯工程系 副教授

　　【学历】
　　成功大学资讯工程所博士

　　【专长】
　　电脑图学、电脑动画、网格参数化、网格重建

赖祐吉

　　国立台湾科技大学 资讯工程系 副教授

　　【学历】
　　美国威斯康辛大学麦迪逊校区资讯科学系及电机工程学系博士

　　【专长】
　　电脑游戏技术、电脑图学、电脑影像生成、电脑动画、3D 模型重建、电脑视觉等
 

1.绪论
2.数学基础、相机与投影
3.GLUT 工具包与基本程式架构
4.OpenGL 的系统架构
5.OpenGL 物件(Object)与缓冲器(Buffer)
6.顶点渲染器(Vertex Shader)
7.片段渲染器(Fragment Shader)
8.密铺渲染器(Tessellation Shader)
9.几何渲染器(Geometry Shader)
10.渲染(Shading)
11.贴图(Texture)
12.网格生成(Mesh Rendering)
13.高等渲染技术
14.计算渲染器(Compute shader)
15.机器人动画范例
16.后制处理(Post-processing)
17.主题乐园游戏范例



 

评分☆☆☆☆☆

這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》的出現，簡直是為我這種對視覺特效充滿好奇的學生黨量身打造的！我一直對電影動畫、遊戲畫面中那些光影交錯、粒子飛舞的效果著迷不已，總想著自己也能做出類似的酷炫東西。OpenGL這個名字聽起來很專業，但我也知道它在3D圖形處理中有著舉足輕重的地位。這本書如果能把原本複雜的OpenGL概念，用一種讓新手也能理解的方式呈現出來，那絕對是功德一件。我特別希望書中能強調「互動」的部分，因為對我來說，3D不只是靜態的畫面，而是有生命力的、能夠回應使用者指令的世界。想像一下，我能親手編寫程式，讓一個3D模型在我眼前旋轉、放大縮小，或者能模擬一個簡單的物理碰撞，這將是多麼令人興奮的體驗！我猜測書中可能會包含一些關於如何搭建3D場景、如何加入紋理貼圖、如何實現光照效果的教學，但最讓我期待的是，如何將這些元素與使用者的輸入結合起來，創造出真正的「互動」。例如，透過鍵盤或滑鼠來控制鏡頭的移動，或者點擊螢幕上的按鈕來觸發特效。我希望書中的範例程式碼不僅能跑起來，還能讓我看得懂，知道每一行程式碼的作用，這樣我才能從中學習到精髓，而不是停留在「會用」的層面。

评分☆☆☆☆☆

看到這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》，我真是太興奮了！身為一個在3D遊戲開發領域摸索多年的資深玩家兼半吊子程式設計師，我一直都在尋找能讓我更深入理解圖形渲染管線的優質資源。OpenGL絕對是這個領域的黃金標準，而這本書的標題直接擊中了我最想學習的點——「互動程式設計」。很多書都會講解OpenGL的基礎，但很少能把「互動」這塊做得透徹。我非常期待書中能詳細介紹如何利用OpenGL實現即時的、使用者可控的3D場景，比如讓玩家可以在遊戲中自由移動視角、操作物件，甚至實現一些流暢的物理模擬效果。這對我個人專案的推進有著至關重要的意義。畢竟，光是能渲染出漂亮的畫面還不夠，讓使用者能「玩」起來，才能真正體現3D的魅力。我希望書中能提供清晰的程式碼範例，並且對每一個關鍵的API呼叫都有詳盡的解釋，讓我能理解背後的原理，而不是一味地複製貼上。而且，對於「互動」的設計，我也很想知道書中會不會分享一些實用的技巧和最佳實踐，例如如何優化大量的互動事件處理，如何在不同硬體上保證流暢的互動體驗等等。總之，我對這本書抱有非常高的期望，希望能藉此大幅提升我的3D繪圖和互動程式設計能力！

评分☆☆☆☆☆

身為一個多年來一直鑽研Unity和Unreal Engine的遊戲開發者，我時常覺得自己像是站在巨人的肩膀上，但卻不太了解「肩膀」本身是如何形成的。這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》的出現，恰恰填補了我這方面的知識空白。我知道Unity和Unreal Engine底層的圖形渲染很可能都使用了OpenGL或DirectX，而深入理解OpenGL，對於優化效能、調試渲染問題，甚至開發自訂的渲染管線，都有著極其重要的意義。我尤其對書中標示的「互動程式設計」這幾個字非常感興趣。在引擎中，很多互動操作都是封裝好的，但我渴望了解底層是如何實現這些互動的，例如如何處理頻繁的視角變換、物體選擇、以及如何將這些操作高效地轉譯成GPU的渲染指令。我希望書中能循序漸進地講解OpenGL的各個核心模組，從基本的幾何體繪製，到複雜的著色器編寫，再到如何將這些與使用者輸入連結起來，實現流暢的3D互動。我期待看到一些能體現「互動」精髓的案例，例如一個簡單的3D編輯器，或者一個可以與場景物件進行互動的模擬器。如果書中能分享一些關於如何優化大量互動數據處理的技巧，以及如何在不同平台和硬體上實現跨平台的互動體驗，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》絕對是值得關注的一本著作！作為一名長期在遊戲行業從事美術和技術美術的專業人士，我深知底層圖形 API 的重要性，尤其是在需要突破現有引擎限制、實現獨特視覺效果的時候。OpenGL 作為行業標準之一，其強大的功能和靈活性毋庸置疑。而「互動程式設計」這個關鍵詞，更是精準地擊中了我們在實時渲染和工具開發中的痛點。我非常希望這本書能夠深入探討如何在 OpenGL 中實現複雜的、高效的互動邏輯。這包括但不限於使用者介面（UI）的互動、場景物件的選取與編輯、以及實時動態調整渲染參數等。我期待書中能提供一些關於如何優化大量互動數據到 GPU 的傳輸、如何設計和實現高效的事件處理機制、以及如何在不同複雜度場景下保持流暢的互動體驗的實踐案例。畢竟，再華麗的視覺效果，如果沒有順暢的互動，都無法真正發揮其價值。我希望這本書能給予我們更深層次的技術洞察，讓我們能夠更好地駕馭 OpenGL，開發出更具吸引力和互動性的 3D 應用，例如複雜的技術美術工具、或是突破性的遊戲原型。

评分☆☆☆☆☆

我對這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》充滿了好奇，雖然我還不是一個專業的程式設計師，但我對3D圖形和視覺藝術有著濃厚的興趣。平常我喜歡玩一些3D模擬遊戲，或者欣賞一些精心製作的CG動畫，總覺得背後一定有著非常高深的技術。這本書的標題聽起來有點挑戰性，但「互動程式設計」這幾個字卻吸引了我。我想像中，這本書會帶我進入一個全新的世界，讓我學會如何用程式碼來「創造」一個3D的空間，並且在這個空間裡，我能與之「交流」。我猜測書中可能會包含一些如何繪製基本圖形、如何為圖形添加色彩和紋理的內容。但我更期待的是，書中如何講解如何讓這些3D物件「動起來」，並且能響應我的操作。例如，我能不能學會編寫程式，讓一個3D模型在我滑動滑鼠的時候旋轉，或者按下鍵盤按鈕的時候做出一個動作？我希望書中的講解不會太過於冰冷和理論化，而是能多一些直觀的範例，讓我能夠一步一步跟著做，並且看到成果。如果書中能介紹一些簡單的物理模擬，比如讓一個球從空中落下並彈跳，那將會是我學習3D互動程式設計的絕佳起點。