GLSL渲染编程基础与实例（C#版本） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵辉 著

图书标签:

• GLSL
• 渲染
• 图形学
• C#
• OpenGL
• 着色器
• 编程
• 计算机图形学
• 游戏开发
• 技术图书

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121316838

版次：1

商品编码：12125523

包装：平装

丛书名： VR三维技术系列

开本：16开

出版时间：2017-06-01

用纸：胶版纸

页数：184

字数：294000

正文语种：中文

内容简介

本书介绍了用GLSL语言进行三维渲染的方法，以及用大量的实例来展示如何进行GLSL编程。本书详细讲述了GLSL渲染流程； GLSL着色器编程；顶点光照；像素光照；卡通渲染、影线渲染、分形渲染、Gooch渲染等非真实感渲染的实现；三维噪声的生成，以及噪声在云彩、木头纹理、大理石等渲染特效中的应用；棋盘、砖墙、Toyball等基于过程的渲染特效的实现；各种特殊光照效果渲染实现；通过GLSL进行图像处理的算法及实现。本书的特点是以各种渲染实例为核心，通过本书的学习，可以快速掌握GLSL语言的编程。

作者简介

赵辉老师，清华大学丘成桐数学科学中心访问教授，哈佛大学计算机系访问学者。国内**三维技术专家，世界著名华人科学家丘成桐教授的团队成员。 二十年三维技术、虚拟现实科学研究和开发经验。具有多年企业界和学术界工作经验。带领团队开发了在国内影响深远三维模型处理开源软件MeshDGP。出版了《计算机图形学-三维建模初步》等一系列三维技术教材和专著，这一系列教材给国内的三维虚拟现实开发提供了学生学习的基础。前几年安卓刚起步时候和谷歌合作，指导学生团队进行安卓开发，其中指导的学生之一进行手机定制桌面APP创业，下载量一个亿，融资D轮。赵辉老师和马云老师一样，对学生充满热情，在过去六年里培养了数百名上千名三维技术虚拟现实领域的学生。带领了很多三维开发团队。

目录

第1章GPU与图形应用编程介绍
1．1GPU发展史与Shader
1．2GLSL Shader编程在图形设计中的作用
1．3游戏引擎的发展
1．4游戏引擎中的Shader编程
1．5Vulkan介绍
第2章GLSL语言
2．1变量
2．2结构体
2．3修饰符
2．4内置变量
2．5操作符和构造函数
2．6内置函数
第3章GLSL框架设计
3．1加载和编译
3．2程序架构
3．3着色器简介
3．4数据传递
第4章渲染光照
4．1没有光照
4．2扁平渲染
4．3最简单光照
4．4逐顶点光照
4．4．1光照模型
4．4．2参数和步骤
4．4．3代码和效果
4．5逐像素光照
4．6其他光源类型
4．6．1点光源
4．6．2聚光灯
4．6．3双面光照
4．7纹理贴图
第5章非真实感渲染
5．1卡通渲染
5．2影线渲染
5．3Gooch渲染
5．4波尔卡圆点渲染
5．5分形渲染
第6章变形特效
6．1球形变形特效
6．2鱼眼特效
第7章噪声渲染
7．1柏林噪声
7．2自然材质渲染
第8章基于过程渲染
8．1条纹渲染
8．2砖墙渲染效果
8．3棋盘渲染
8．4ToyBall渲染
8．5网格渲染
第9章光照
9．1半球光照
9．2球形调和光照
第10章图像处理
10．1概述
10．2亮度、对比度和饱和度
10．3颜色空间转换
10．3．1介绍
10．3．2RGB和CMY相互转换
10．3．3RGB和CIE相互转换
10．4图像混合
10．5邻域平滑
10．6高斯平滑
10．7边缘检测
10．8锐化
参考资料

前言/序言

序

2015年以来，虚拟现实技术的应用在国际国内发展很快。教育、医疗、娱乐、影视、游戏、安全、交通等各行各业都对虚拟现实技术进行了大量的应用。虚拟现实技术的基础和核心是三维计算机图形学，分为四大模块：建模、渲染、动画、交互。目前国内大量的虚拟现实应用都局限于在西方开发的虚拟现实引擎的技术上进行开发的上层应用。 我们这套丛书着重底层核心技术的讲解。三维计算机图形学在知识结构上来说需要数学、物理、工程、计算机编程、艺术五个方面。设计建模、渲染等算法需要微分几何、线性代数、概率统计等数学知识的理解和掌握； 动画模拟需要流体、刚体等物理知识的理解和掌握； 把这些数学、物理理论变为程序需要极强的编码能力，也就是从理论到实践的工程能力； 三维图形学的最终表现形式是视觉上可看得到的，因此也需要良好的艺术修养和审美。虚拟现实和它所依赖的三维计算机图形学特别适合锻炼并能够融会贯通学生的数学、物理、工程、编程和艺术能力。三维计算机图形学是一个跨学科的领域， 三维图形学处理的是三维模型数据，学生在这个领域中学到的数学建模、工程等能力，也可以用到其他行业，如人工智能等，对其他行业的大数据进行分析和处理。

2008年以来，全国各个高等院校纷纷在各自软件工程学科专业的基础上开设了数字媒体技术专业。数字媒体技术专业和计算机科学专业的区别是，前者主要是着重学习二维图像和三维图形相关的算法和应用开发，而后者还需要学习其他计算机科学相关的知识。由于开设和建立时间短，各学校的数字媒体技术专业的教学工作都还处在摸索阶段，也没有形成统一、成熟的教材体系。根据在数字媒体技术专业多年的教学实践经验，我们总结出本专业要以计算机三维图形学的理论和算法为基础，以三维应用开发为导向进行建设。

根据多年一线教学经验与反馈，以及当前的三维图形学研究成果，我们编写了本套丛书。本套丛书涵盖了三维图形学算法的三个方面：建模、动画和渲染。内容根据数字媒体技术专业的教学特点分散到5本计算机图形学系列书中。 通过本系列专业基础教材，再加上已有的成熟的计算机基础编程教材，以及三维软件使用的教材，就可以完整地覆盖数字媒体技术专业的所有课程。

书里的代码采用C#编程语言。C#编程语言是一种结合了C++和Java优点的编程语言。C#语言相对于其他编程语言来说比较容易学习和掌握，但是本套丛书里讲述的原理和算法不仅限于C#语言。读者可以通过示例中的代码，采用自己熟悉的编程语言来进行编程。本套丛书包含了很多计算机图形学会议Siggraph论文里最新的、核心的、关键突破和进展的图形学算法讲解、实现和分析。

前言

虚拟现实应用离不开逼真的渲染。渲染分为实时渲染和非实时渲染两大类。在影视特效中，常用到的是非实时渲染。而在游戏等应用中，需要能够实时显示的渲染技术。非实时的渲染通过对光照进行物理模拟，从而达到和相机拍摄无法区分的效果。但由于要进行光线追踪等计算，这种算法耗时很长。而实时渲染由于对物理光照进行了大量的简化，从而可以很快速地进行计算。

在GPU上进行实时渲染，是目前成熟的解决方案。需要用特定的编程语言来对GPU进行编程，从而使GPU能执行设计好的光照公式。对于不同的光照程序，可以得到不同的渲染效果。如果只用OpenGL进行渲染，那么就受限于OpenGL内置的渲染效果。GPU渲染是三维游戏、虚拟现实场景等应用中一个最重要的核心模块。本书提供了GPU编程的基础、代码和实例。

本书介绍了用GLSL语言进行三维渲染的方法，以及用大量的实例来展示如何进行GLSL编程。本书详细讲述了GLSL渲染流程；GLSL着色器编程；顶点光照；像素光照；卡通渲染、影线渲染、分形渲染、Gooch渲染等非真实感渲染的实现；三维噪声的生成，以及噪声在云彩、木头纹理、大理石等渲染特效中的应用；棋盘、砖墙、Toyball等基于过程的渲染特效的实现；各种特殊光照效果渲染的实现；通过GLSL进行图像处理的算法及实现。本书的特点是以各种渲染实例为核心，通过学习本书的内容，可以快速掌握GLSL语言的编程。

本书不仅可以作为数字媒体技术专业的专业基础课，还可以作为计算机学科和软件工程学科“数据结构和算法”、“计算机图形学”等课程的教材和参考书。

GLSL渲染编程基础与实例（C版本） 探索图形渲染的奥秘，用C驾驭GPU的强大力量 你是否曾被游戏中绚丽的光影效果、逼真的材质纹理，或是令人惊叹的视觉特效所震撼？你是否渴望亲手创造出这样的数字世界，让自己的想象力在屏幕上生动呈现？《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》将带你踏上一段激动人心的旅程，深入探索图形渲染的核心——GLSL（OpenGL Shading Language）。本书以C为主要编程语言，为你提供一套系统、实用的学习方法，让你从零开始，逐步掌握GPU编程的精髓，最终能够独立开发出具备专业水准的图形应用。 为何选择GLSL？为何是C？ 在现代图形学领域，GPU（Graphics Processing Unit，图形处理器）已经成为不可或缺的核心计算单元，其强大的并行处理能力为实时图形渲染提供了可能。而GLSL，作为一种高级着色语言，正是我们与GPU沟通的桥梁。它允许开发者直接控制GPU的渲染管线，编写精细的算法来处理顶点、像素等图形数据，从而实现高度定制化的视觉效果。无论是开发3D游戏、虚拟现实应用，还是科学可视化、影视特效制作，GLSL都扮演着至关重要的角色。 选择C作为本书的编程语言，并非偶然。C作为一种功能强大、易于学习且跨平台的语言，在游戏开发领域拥有庞大的生态系统和丰富的开发工具，例如Unity和Godot等主流游戏引擎都深度支持C。本书将充分利用C的便利性，结合其与OpenGL的无缝集成（通过如OpenTK等库），为你提供一个高效、直观的学习和实践环境。你无需纠结于复杂的底层API调用，而是可以将更多精力集中在GLSL着色器的编写和图形算法的理解上。 本书将带你掌握的核心内容： 《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》并非一本泛泛而谈的书籍，而是力求提供一套循序渐进、理论与实践相结合的学习路径。本书将围绕以下几个核心主题展开： 第一部分：GLSL与渲染管线入门 图形渲染管线概览： 在深入GLSL之前，我们首先需要理解图形渲染的基本流程。本书将详细讲解从3D模型数据输入到最终屏幕图像输出的整个管线，包括顶点数据处理、几何体组装、光栅化、片段处理等关键阶段。理解管线的运作机制，是编写高效着色器的基础。 GLSL基础语法与数据类型： 你将学习GLSL的语法规则，包括变量声明、数据类型（如`float`, `vec2`, `vec3`, `vec4`, `mat4`等）、运算符、控制流（`if`, `for`, `while`）、函数定义等。我们将通过简洁的示例，让你快速熟悉GLSL的语言特性。 着色器类型与作用： GLSL主要有两种类型的着色器：顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）。本书将深入剖析它们各自的职责，以及如何在C程序中加载、编译和链接这些着色器。 GLSL内建变量与函数： GLSL提供了丰富的内建变量（如`gl_Position`, `gl_FragCoord`）和函数（如`dot()`, `normalize()`, `texture()`），它们在渲染过程中起着至关重要的作用。你将学习如何利用这些工具来完成各种图形计算。 第二部分：核心渲染技术与GLSL实现 顶点变换与投影： 理解模型视图投影矩阵（Model-View-Projection Matrix）的工作原理，以及如何在顶点着色器中对其进行操作，实现物体的缩放、旋转、平移和相机视角变换。本书将提供清晰的数学原理阐述和C代码示例。 光照模型与着色： 模拟真实世界的光照效果是图形渲染中最具挑战性但也最有价值的部分。我们将从基础的朗伯模型（Lambertian Model）开始，逐步讲解高漫模型（Blinn-Phong Model）、菲涅尔反射（Fresnel Reflection）、次表面散射（Subsurface Scattering）等更高级的光照技术，并指导你如何在片段着色器中实现它们。 纹理映射与采样： 纹理是赋予物体表面细节和真实感的关键。你将学习如何使用纹理坐标，在片段着色器中采样纹理（如漫反射纹理、法线纹理、高光纹理等），并将纹理颜色应用到物体表面。本书将详细介绍不同类型的纹理及其应用场景。 屏幕空间效果： 许多现代图形技术都依赖于屏幕空间的数据。本书将介绍如何利用片段着色器来实现屏幕空间模糊（Screen Space Blur）、屏幕空间环境光遮蔽（Screen Space Ambient Occlusion, SSAO）、屏幕空间反射（Screen Space Reflection, SSR）等流行的高级后处理效果。 几何着色器与计算着色器（可选进阶）： 在掌握了顶点和片段着色器后，你还可以选择性地探索几何着色器（Geometry Shader）和计算着色器（Compute Shader）。几何着色器允许你在顶点着色器之后生成或删除几何图元，而计算着色器则提供了更通用的GPU并行计算能力，可用于粒子系统、物理模拟等。 第三部分：实例驱动的实践开发 理论的学习需要通过实践来巩固和深化。《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》将贯穿大量的实例项目，让你将所学知识付诸实践。这些实例将涵盖： 基础图形绘制： 从绘制简单的三角形、正方形开始，逐步过渡到更复杂的模型。 材质与纹理应用： 使用不同的材质和纹理组合，创建具有真实感的物体。 动态光照模拟： 实现可移动光源，观察光照效果的变化。 粒子系统： 使用GLSL和C结合，创造烟雾、火焰、爆炸等动态粒子效果。 后处理效果： 应用各种屏幕空间效果，提升画面的视觉表现力，如卡通渲染、景深效果等。 简单的3D场景渲染： 整合之前所学知识，搭建一个基础的3D场景，并实现基本的交互功能。 为何选择本书？ 系统性： 提供从基础概念到高级技术的全面覆盖，确保你的学习路径清晰而完整。 实践性： 大量生动、可运行的C代码示例和实例项目，让你在动手实践中掌握知识。 易学性： 以C为桥梁，降低了直接与底层图形API打交道的难度，让你更专注于GLSL本身。 前沿性： 涵盖了现代图形渲染中的一些关键技术和趋势。 面向开发者： 旨在培养具备独立图形开发能力的程序员，无论你是游戏开发者、VR/AR从业者，还是对计算机图形学充满好奇的爱好者。 本书的阅读对象： 对计算机图形学有浓厚兴趣，希望深入了解图形渲染原理的程序员。 使用C进行游戏开发，希望提升图形表现力的开发者（如Unity、Godot用户）。 希望学习GPU编程，掌握GLSL语言的初学者。 需要进行科学可视化、数据渲染等应用的开发者。 学习本书，你将获得： 扎实的GLSL编程基础。 深刻理解图形渲染管线的运作原理。 掌握实现各种高级图形效果的关键技术。 独立开发具有吸引力图形应用的能力。 解锁GPU计算的强大潜力。 《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》是你踏入精彩纷呈的图形渲染世界的最佳向导。准备好迎接挑战，用代码点亮你的数字画布吧！

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计很有吸引力，深邃的蓝色背景搭配流动的粒子效果，立刻就勾起了我对图形渲染的好奇心。我一直对游戏开发和3D动画有着浓厚的兴趣，而GLSL作为GPU编程的基石，又是实现这些视觉效果的关键。虽然市面上关于图形编程的书籍不少，但《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》让我眼前一亮。首先，它明确标注了“C版本”，这对于我这样熟悉C语言的开发者来说，无疑是极大的福音。这意味着我不需要再去学习一门全新的语言，而是可以利用我已有的知识体系来探索GLSL的世界，大大降低了学习门槛。其次，书名中的“基础与实例”也让我看到了学习路径的清晰性。我希望这本书能够从最基础的概念讲起，比如顶点着色器、片段着色器的工作原理，以及如何传递数据到GPU。接着，通过丰富的实例，逐步引导我掌握更复杂的渲染技术，例如光照模型、纹理映射、后处理效果等等。我期待书中能够包含诸如Phong光照、Blinn-Phong光照、PBR（基于物理的渲染）等经典且实用的光照模型，并且有相应的C代码示例来演示如何在Unity或者其他C环境中实现。此外，书中关于性能优化的一些建议也同样吸引我，毕竟在实际开发中，高效的渲染是至关重要的。总而言之，这本书给我的第一印象是非常专业且贴合实际需求，我迫不及待地想翻开它，开始我的GLSL渲染之旅。

评分☆☆☆☆☆

作为一名刚刚接触图形编程不久的初学者，我一直在寻找一本能够系统性地介绍GLSL渲染技术的书籍，而《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》似乎正是我的目标。我最看重的是它内容的“基础”部分，希望它能帮助我理清那些初看时令人头疼的数学概念，比如向量、矩阵运算在三维空间中的应用，以及如何理解和编写着色器代码。我希望作者能够用通俗易懂的语言解释GLSL的语法和特性，并且清晰地阐述着色器在渲染管线中的作用。例如，我希望书中能详细解释顶点着色器如何处理顶点数据，以及片段着色器又是如何逐像素地生成颜色的。同时，对于“实例”部分，我期待它能包含一些由浅入深的实际案例，比如如何绘制一个简单的立方体，如何应用一张纹理，如何实现一个基本的颜色渐变效果，乃至如何构建一个简单的场景。更重要的是，我希望这些实例能够提供完整的C代码，让我可以直接复制代码并运行，然后在逐步修改中理解其工作原理。此外，这本书如果能介绍一些常用的GLSL内置函数和变量，以及它们的使用场景，那将是非常有价值的。我相信，通过这样的实践导向学习，我能够更快地掌握GLSL编程的核心技能，为后续更深入的学习打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直对计算机图形学充满热情，尤其是在理解GPU是如何绘制出逼真画面的方面。市面上关于OpenGL和DirectX的书籍很多，但真正深入讲解GLSL并且提供清晰实例的却不多。《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》这个书名让我眼前一亮，它不仅聚焦于GLSL核心技术，更重要的是明确了“C版本”，这极大地吸引了我。我一直习惯于使用C进行开发，尤其是在Unity环境中，GLSL是实现自定义着色器和高级图形效果的关键。我期望这本书能深入浅出地讲解GLSL的语法、数据类型、内置函数以及各种着色器阶段（顶点、片段、几何等）的工作流程。我希望它能从最基本的原理开始，比如如何处理顶点数据、如何进行坐标变换、如何进行插值计算，以及如何使用纹理和颜色来影响最终的像素颜色。更吸引我的是“实例”部分，我希望能够看到一些能够直接在Unity等C环境下运行的示例代码。例如，实现一些基础的光照效果，如平行光、点光源，以及更高级的光照模型，如PBR。我也很期待书中能够演示如何实现一些有趣的视觉效果，例如屏幕空间的反射、折射，或者是一些基于噪声的程序化纹理生成。如果书中还能提供一些关于着色器性能优化的建议，那将非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

长期以来，我一直在寻找一本能够真正让我理解GPU渲染背后原理的书籍，而《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》无疑是近期最让我期待的一本。我之前也看过一些关于图形学的资料，但往往在实际操作层面感到力不从心。这本书的“C版本”定位，意味着我可以依托自己熟悉的开发环境来学习，这大大缩短了理论到实践的距离。我尤其希望能在这本书中看到对于GLSL语言本身深入浅出的讲解，包括其变量类型、函数、控制流以及如何利用它来编写定制化的着色器。我期望书中能够清晰地阐述顶点着色器和片段着色器在整个渲染管线中的作用，以及它们之间是如何协作的。对于“实例”部分，我期待能够看到一些能够激发我创作灵感的例子，例如如何用GLSL实现逼真的火焰效果，如何在屏幕上绘制复杂的几何图形，或者如何模拟一些自然现象，如水面波动、云彩飘动等。我希望这些实例能够提供完整的、可运行的C代码，并且附带详细的解释，帮助我理解每一个环节的设计思路和技术要点。此外，如果书中还能触及一些现代图形学的发展趋势，比如计算着色器（Compute Shader）的应用，或者一些新的渲染技术，那将是极大的惊喜。

评分☆☆☆☆☆

我之前尝试过一些图形编程的书籍，但它们要么过于理论化，要么使用的编程语言不是我熟悉的，导致学习过程比较艰难。《GLSL渲染编程基础与实例（C版本）》这个书名立刻引起了我的注意，因为它直接点明了使用C作为语言载体，这对我来说是一个巨大的优势。我一直以来都是C开发者，在Unity等游戏引擎中使用C进行开发，因此如果能够直接在熟悉的开发环境中应用GLSL，学习效率无疑会大大提升。我特别希望能在这本书中看到一些关于如何在Unity中集成和使用GLSL着色器的实际操作指南。比如，如何创建ShaderLab文件，如何将GLSL代码编写进去，以及如何通过C脚本来控制着色器的参数和Uniform变量。此外，我对于书中“实例”部分的期待非常高，希望它能涵盖一些能实际应用到游戏开发中的案例，例如实现粒子系统、卡通渲染、或者一些特殊的后处理效果，如景深、运动模糊等。我非常好奇书中将如何处理这些相对复杂的渲染技术，并希望通过作者提供的代码和讲解，能够一步步地理解其中的逻辑。如果书中还能提及一些GLSL的优化技巧，或者一些在实际项目中需要注意的坑，那将是锦上添花了，能够帮助我避免走弯路。