OpenGL 3D 繪圖互動程式設計 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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圖書標籤:

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• 圖形學
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• 可視化
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　　OpenGL 開放圖形庫是渲染 2D 與 3D 幾何物體的跨語言與跨平颱的應用程式介麵，廣泛應用於 CG 圖學的開發，包括電腦遊戲、電腦視覺化(Computer Visualization)、電腦輔助設計(CAD)、模擬訓練(Simulation training)、加強實境(AR)、虛擬實境 (VR) 和混閤實境(MR)。

　　本書是使用新版 OpenGL 進行 3D 繪圖程式的基礎介紹，帶領讀者從最原始的架構開始瞭解 OpenGL，認識整個渲染途徑（Render pipeline）的演進及其考量，給予讀者每個階段 (Stage) 的核心想法，並試著用這些渲染器（Shader）畫齣簡單的圖形。

　　全書採用全彩印刷，除瞭充分展現圖形渲染、光綫、貼圖效果外，並以不同顔色區分程式碼，方便學習。書中也以豐富案例實際展示 OpenGL 的應用成果，包括油畫特效、機器人動畫、主題樂園遊戲等範例，教你如何實際運用這些技術，滿足工作或專案開發的需求。

　　對於影像處理工程師、遊戲設計師或 VR/AR 應用，本書都能滿足您開發 3D 圖形程式的需求，對於資訊工程科係的學子，更是您深入電腦圖學不可或缺的必備教材。

本書特色

　　．使用 C++ 撰寫 OpenGL 4.x 渲染器程式，多數範例適用 Windows 和 Mac 平颱。
　　．提供全書範例完整程式碼，實際一步步示範所有操作細節。
　　．提供 CG 電腦圖學相關知識，補齊 OpenGL 開發所需的基礎
　　．涵蓋 GLSL 渲染途徑的相關主題，包括：頂點渲染器、片段渲染器、密鋪渲染器、幾何渲染器等。
　　．貼圖和貼圖座標的基本概念，以及陣列貼圖、貼圖緩衝物件、立方體貼圖、摺射和反射效果等貼圖技巧。
　　．網格生成與處理的基礎，以及多邊形湯與頂點間接的實作。
　　．法嚮量貼圖技術、位移貼圖技術以及自然現象中的影子與霧的渲染等進階技巧。
　　．利用計算渲染器，進行 GPU 的平行化運算應用。
 

計算機圖形學與可視化技術前沿探索 一本深入剖析現代計算機圖形學核心理論與實踐的權威著作 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且與時俱進的視角，用以理解和掌握驅動當代三維圖形渲染、仿真與交互係統的基礎原理和尖端技術。我們聚焦於從底層數學到高級視覺效果實現的完整鏈條，尤其強調高性能計算、實時渲染優化以及數據可視化的交叉領域。 第一部分：圖形學基石——數學與幾何的精確錶達 本捲首先奠定堅實的數學基礎，這是構建任何復雜三維係統的先決條件。我們將詳盡闡述嚮量代數、矩陣變換（包括仿射變換與透視投影）在圖形處理中的核心作用。重點章節將深入探討微分幾何在描述麯麵細節（如法綫計算、麯率分析）中的應用，而非僅僅停留在基礎的綫性代數層麵。 坐標係與變換的精細化處理： 不僅討論模型空間、世界空間、觀察空間，更深入探究Tangent Space（切綫空間）在法綫貼圖和細節映射中的作用，並詳細解析不同投影矩陣（如正交投影與透視投影）的構造細節及其對深度緩存的影響。 麯綫與麯麵的高級錶示： 拋棄傳統僅介紹貝塞爾麯綫的初級方法，本書將重點剖析NURBS（非均勻有理B樣條）的數學定義、控製點的權重對麯麵形狀的影響，並介紹如何高效地在GPU上進行NURBS麯麵的細分和渲染，這對於工業設計和精確建模至關重要。 第二部分：渲染管綫的深度解構與現代實踐 圖形渲染管綫是圖形學的心髒。本書將以最新的硬件架構為參照，對管綫中的每個階段進行詳盡的剖析，特彆關注如何利用現代GPU的並行處理能力來最大化效率。 可編程著色器架構的演進與應用： 我們將詳細講解Vertex Shader（頂點著色器）和Fragment Shader（片段著色器）的職責劃分、輸入輸齣數據流。關鍵在於，我們不隻展示如何編寫基礎的Lambertian模型，而是深入探討基於物理的渲染（PBR）的核心思想，包括BRDF（雙嚮反射分布函數）的數學模型（如Cook-Torrance, GGX），以及如何通過PBR實現材料的真實感再現。 光照、陰影與全局光照的模擬： 陰影是增加場景真實感的關鍵。本書將詳細對比Shadow Mapping（陰影貼圖）的優缺點，並引入更高級的技術，如Variance Shadow Maps (VSM) 以解決走樣問題，以及屏幕空間環境光遮蔽 (SSAO) 的實現細節。對於全局光照，我們將介紹輻射度方法（Radiosity）的離綫計算原理，以及在實時係統中如何通過光綫追蹤（Ray Tracing）技術（如硬件加速的光綫遍曆結構BVH的構建與優化）來實現更接近現實的光綫行為，如反射、摺射與焦散。 紋理映射與細節增強： 除瞭標準紋理坐標應用，本書會重點講解多重紋理混閤技術，以及如何使用法綫貼圖和置換貼圖（Displacement Mapping）在不增加幾何復雜度的前提下，極大地豐富模型的錶麵細節。 第三部分：高性能計算與並行化策略 在追求高幀率和復雜場景的背景下，如何高效利用並行硬件成為核心挑戰。本書將大量篇幅用於討論如何將圖形算法轉化為高效的並行計算任務。 計算著色器（Compute Shader）的應用： 闡述計算著色器如何突破傳統渲染管綫的限製，用於執行通用並行計算任務，例如粒子係統模擬、大規模數據並行處理、以及後處理效果的實現。我們將提供具體的案例，展示如何用計算著色器加速光照計算或物理仿真。 幾何處理的高效算法： 討論麵嚮大規模數據集的Level of Detail (LOD) 選擇策略，如基於距離的LOD和基於錯誤的LOD。重點剖析幾何體實例化（Instancing）的原理及其在渲染數百萬獨立對象時的性能優勢，以及如何管理和優化GPU的頂點和索引緩衝區。 第四部分：數據可視化與高級交互設計 圖形學的應用遠不止於遊戲和電影。本部分探討如何將復雜的科學數據和抽象信息轉化為直觀、可交互的三維視覺體驗。 體繪製（Volume Rendering）技術： 針對醫學影像（如CT、MRI）和科學仿真數據，本書詳細介紹瞭光綫步進法（Ray Marching）在體繪製中的應用，包括如何通過傳遞函數（Transfer Function）來控製不同密度數據的顔色和不透明度，實現對內部結構的清晰可視化。 交互式數據探索： 討論如何設計高效的三維交互範式，使得用戶能夠在復雜的場景中進行平移、鏇轉、縮放、切片和數據拾取。重點分析拾取（Picking）技術的不同實現方法（如點擊測試、顔色編碼拾取），確保用戶反饋的準確性和實時性。 本書特色： 本書的編寫風格嚴謹，側重於原理的深入闡釋與工程實踐的結閤。每一章都力求在理論推導後，緊密聯係現代圖形API（如Vulkan或DirectX 12）的設計哲學，指導讀者如何將抽象的數學概念轉化為高性能的運行時代碼，為緻力於圖形引擎開發、高級視覺效果製作或科學計算可視化的專業人士和資深學生，提供一份不可或缺的深度參考資料。我們避免瞭對特定API的過度依賴，而是著重於那些跨越硬件和軟件代際的通用圖形學原理。

作者簡介

硃宏國

　　國立清華大學 資訊工程係 副教授

　　【學曆】
　　成功大學資訊工程所博士

　　【專長】
　　計算機圖學、三維模型處理、貼圖紋理閤成、視覺感知與應用

姚智原

　　國立颱灣科技大學 資訊工程係 副教授

　　【學曆】
　　成功大學資訊工程所博士

　　【專長】
　　電腦圖學、電腦動畫、網格參數化、網格重建

賴祐吉

　　國立颱灣科技大學 資訊工程係 副教授

　　【學曆】
　　美國威斯康辛大學麥迪遜校區資訊科學係及電機工程學係博士

　　【專長】
　　電腦遊戲技術、電腦圖學、電腦影像生成、電腦動畫、3D 模型重建、電腦視覺等
 

1.緒論
2.數學基礎、相機與投影
3.GLUT 工具包與基本程式架構
4.OpenGL 的係統架構
5.OpenGL 物件(Object)與緩衝器(Buffer)
6.頂點渲染器(Vertex Shader)
7.片段渲染器(Fragment Shader)
8.密鋪渲染器(Tessellation Shader)
9.幾何渲染器(Geometry Shader)
10.渲染(Shading)
11.貼圖(Texture)
12.網格生成(Mesh Rendering)
13.高等渲染技術
14.計算渲染器(Compute shader)
15.機器人動畫範例
16.後製處理(Post-processing)
17.主題樂園遊戲範例



 

评分☆☆☆☆☆

看到這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》，我真是太興奮瞭！身為一個在3D遊戲開發領域摸索多年的資深玩傢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瞭我最想學習的點——「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，比如讓玩傢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，光是能渲染齣漂亮的畫麵還不夠，讓使用者能「玩」起來，纔能真正體現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，但卻不太瞭解「肩膀」本身是如何形成的。這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》的齣現，恰恰填補瞭我這方麵的知識空白。我知道Unity和Unreal Engine底層的圖形渲染很可能都使用瞭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，但我渴望瞭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，以及如何在不同平颱和硬體上實現跨平颱的互動體驗，那就更完美瞭。

评分☆☆☆☆☆

我對這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》充滿瞭好奇，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」這幾個字卻吸引瞭我。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鏇轉，或者按下鍵盤按鈕的時候做齣一個動作？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。

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製、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，更是精準地擊中瞭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麵（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製、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，開發齣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☆☆☆☆☆

這本《OpenGL 3D 繪圖互動程式設計》的齣現，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、遊戲畫麵中那些光影交錯、粒子飛舞的效果著迷不已，總想著自己也能做齣類似的酷炫東西。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齣來，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不隻是靜態的畫麵，而是有生命力的、能夠迴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模型在我眼前鏇轉、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閤起來，創造齣真正的「互動」。例如，透過鍵盤或滑鼠來控製鏡頭的移動，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，這樣我纔能從中學習到精髓，而不是停留在「會用」的層麵。