GLSL渲染編程基礎與實例（C#版本） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

趙輝 著

圖書標籤:

• GLSL
• 渲染
• 圖形學
• C#
• OpenGL
• 著色器
• 編程
• 計算機圖形學
• 遊戲開發
• 技術圖書

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121316838

版次：1

商品編碼：12125523

包裝：平裝

叢書名： VR三維技術係列

開本：16開

齣版時間：2017-06-01

用紙：膠版紙

頁數：184

字數：294000

正文語種：中文

內容簡介

本書介紹瞭用GLSL語言進行三維渲染的方法，以及用大量的實例來展示如何進行GLSL編程。本書詳細講述瞭GLSL渲染流程； GLSL著色器編程；頂點光照；像素光照；卡通渲染、影綫渲染、分形渲染、Gooch渲染等非真實感渲染的實現；三維噪聲的生成，以及噪聲在雲彩、木頭紋理、大理石等渲染特效中的應用；棋盤、磚牆、Toyball等基於過程的渲染特效的實現；各種特殊光照效果渲染實現；通過GLSL進行圖像處理的算法及實現。本書的特點是以各種渲染實例為核心，通過本書的學習，可以快速掌握GLSL語言的編程。

作者簡介

趙輝老師，清華大學丘成桐數學科學中心訪問教授，哈佛大學計算機係訪問學者。國內**三維技術專傢，世界著名華人科學傢丘成桐教授的團隊成員。 二十年三維技術、虛擬現實科學研究和開發經驗。具有多年企業界和學術界工作經驗。帶領團隊開發瞭在國內影響深遠三維模型處理開源軟件MeshDGP。齣版瞭《計算機圖形學-三維建模初步》等一係列三維技術教材和專著，這一係列教材給國內的三維虛擬現實開發提供瞭學生學習的基礎。前幾年安卓剛起步時候和榖歌閤作，指導學生團隊進行安卓開發，其中指導的學生之一進行手機定製桌麵APP創業，下載量一個億，融資D輪。趙輝老師和馬雲老師一樣，對學生充滿熱情，在過去六年裏培養瞭數百名上韆名三維技術虛擬現實領域的學生。帶領瞭很多三維開發團隊。

目錄

第1章GPU與圖形應用編程介紹
1．1GPU發展史與Shader
1．2GLSL Shader編程在圖形設計中的作用
1．3遊戲引擎的發展
1．4遊戲引擎中的Shader編程
1．5Vulkan介紹
第2章GLSL語言
2．1變量
2．2結構體
2．3修飾符
2．4內置變量
2．5操作符和構造函數
2．6內置函數
第3章GLSL框架設計
3．1加載和編譯
3．2程序架構
3．3著色器簡介
3．4數據傳遞
第4章渲染光照
4．1沒有光照
4．2扁平渲染
4．3最簡單光照
4．4逐頂點光照
4．4．1光照模型
4．4．2參數和步驟
4．4．3代碼和效果
4．5逐像素光照
4．6其他光源類型
4．6．1點光源
4．6．2聚光燈
4．6．3雙麵光照
4．7紋理貼圖
第5章非真實感渲染
5．1卡通渲染
5．2影綫渲染
5．3Gooch渲染
5．4波爾卡圓點渲染
5．5分形渲染
第6章變形特效
6．1球形變形特效
6．2魚眼特效
第7章噪聲渲染
7．1柏林噪聲
7．2自然材質渲染
第8章基於過程渲染
8．1條紋渲染
8．2磚牆渲染效果
8．3棋盤渲染
8．4ToyBall渲染
8．5網格渲染
第9章光照
9．1半球光照
9．2球形調和光照
第10章圖像處理
10．1概述
10．2亮度、對比度和飽和度
10．3顔色空間轉換
10．3．1介紹
10．3．2RGB和CMY相互轉換
10．3．3RGB和CIE相互轉換
10．4圖像混閤
10．5鄰域平滑
10．6高斯平滑
10．7邊緣檢測
10．8銳化
參考資料

前言/序言

序

2015年以來，虛擬現實技術的應用在國際國內發展很快。教育、醫療、娛樂、影視、遊戲、安全、交通等各行各業都對虛擬現實技術進行瞭大量的應用。虛擬現實技術的基礎和核心是三維計算機圖形學，分為四大模塊：建模、渲染、動畫、交互。目前國內大量的虛擬現實應用都局限於在西方開發的虛擬現實引擎的技術上進行開發的上層應用。 我們這套叢書著重底層核心技術的講解。三維計算機圖形學在知識結構上來說需要數學、物理、工程、計算機編程、藝術五個方麵。設計建模、渲染等算法需要微分幾何、綫性代數、概率統計等數學知識的理解和掌握； 動畫模擬需要流體、剛體等物理知識的理解和掌握； 把這些數學、物理理論變為程序需要極強的編碼能力，也就是從理論到實踐的工程能力； 三維圖形學的最終錶現形式是視覺上可看得到的，因此也需要良好的藝術修養和審美。虛擬現實和它所依賴的三維計算機圖形學特彆適閤鍛煉並能夠融會貫通學生的數學、物理、工程、編程和藝術能力。三維計算機圖形學是一個跨學科的領域， 三維圖形學處理的是三維模型數據，學生在這個領域中學到的數學建模、工程等能力，也可以用到其他行業，如人工智能等，對其他行業的大數據進行分析和處理。

2008年以來，全國各個高等院校紛紛在各自軟件工程學科專業的基礎上開設瞭數字媒體技術專業。數字媒體技術專業和計算機科學專業的區彆是，前者主要是著重學習二維圖像和三維圖形相關的算法和應用開發，而後者還需要學習其他計算機科學相關的知識。由於開設和建立時間短，各學校的數字媒體技術專業的教學工作都還處在摸索階段，也沒有形成統一、成熟的教材體係。根據在數字媒體技術專業多年的教學實踐經驗，我們總結齣本專業要以計算機三維圖形學的理論和算法為基礎，以三維應用開發為導嚮進行建設。

根據多年一綫教學經驗與反饋，以及當前的三維圖形學研究成果，我們編寫瞭本套叢書。本套叢書涵蓋瞭三維圖形學算法的三個方麵：建模、動畫和渲染。內容根據數字媒體技術專業的教學特點分散到5本計算機圖形學係列書中。 通過本係列專業基礎教材，再加上已有的成熟的計算機基礎編程教材，以及三維軟件使用的教材，就可以完整地覆蓋數字媒體技術專業的所有課程。

書裏的代碼采用C#編程語言。C#編程語言是一種結閤瞭C++和Java優點的編程語言。C#語言相對於其他編程語言來說比較容易學習和掌握，但是本套叢書裏講述的原理和算法不僅限於C#語言。讀者可以通過示例中的代碼，采用自己熟悉的編程語言來進行編程。本套叢書包含瞭很多計算機圖形學會議Siggraph論文裏最新的、核心的、關鍵突破和進展的圖形學算法講解、實現和分析。

前言

虛擬現實應用離不開逼真的渲染。渲染分為實時渲染和非實時渲染兩大類。在影視特效中，常用到的是非實時渲染。而在遊戲等應用中，需要能夠實時顯示的渲染技術。非實時的渲染通過對光照進行物理模擬，從而達到和相機拍攝無法區分的效果。但由於要進行光綫追蹤等計算，這種算法耗時很長。而實時渲染由於對物理光照進行瞭大量的簡化，從而可以很快速地進行計算。

在GPU上進行實時渲染，是目前成熟的解決方案。需要用特定的編程語言來對GPU進行編程，從而使GPU能執行設計好的光照公式。對於不同的光照程序，可以得到不同的渲染效果。如果隻用OpenGL進行渲染，那麼就受限於OpenGL內置的渲染效果。GPU渲染是三維遊戲、虛擬現實場景等應用中一個最重要的核心模塊。本書提供瞭GPU編程的基礎、代碼和實例。

本書介紹瞭用GLSL語言進行三維渲染的方法，以及用大量的實例來展示如何進行GLSL編程。本書詳細講述瞭GLSL渲染流程；GLSL著色器編程；頂點光照；像素光照；卡通渲染、影綫渲染、分形渲染、Gooch渲染等非真實感渲染的實現；三維噪聲的生成，以及噪聲在雲彩、木頭紋理、大理石等渲染特效中的應用；棋盤、磚牆、Toyball等基於過程的渲染特效的實現；各種特殊光照效果渲染的實現；通過GLSL進行圖像處理的算法及實現。本書的特點是以各種渲染實例為核心，通過學習本書的內容，可以快速掌握GLSL語言的編程。

本書不僅可以作為數字媒體技術專業的專業基礎課，還可以作為計算機學科和軟件工程學科“數據結構和算法”、“計算機圖形學”等課程的教材和參考書。

GLSL渲染編程基礎與實例（C版本） 探索圖形渲染的奧秘，用C駕馭GPU的強大力量 你是否曾被遊戲中絢麗的光影效果、逼真的材質紋理，或是令人驚嘆的視覺特效所震撼？你是否渴望親手創造齣這樣的數字世界，讓自己的想象力在屏幕上生動呈現？《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》將帶你踏上一段激動人心的旅程，深入探索圖形渲染的核心——GLSL（OpenGL Shading Language）。本書以C為主要編程語言，為你提供一套係統、實用的學習方法，讓你從零開始，逐步掌握GPU編程的精髓，最終能夠獨立開發齣具備專業水準的圖形應用。 為何選擇GLSL？為何是C？ 在現代圖形學領域，GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）已經成為不可或缺的核心計算單元，其強大的並行處理能力為實時圖形渲染提供瞭可能。而GLSL，作為一種高級著色語言，正是我們與GPU溝通的橋梁。它允許開發者直接控製GPU的渲染管綫，編寫精細的算法來處理頂點、像素等圖形數據，從而實現高度定製化的視覺效果。無論是開發3D遊戲、虛擬現實應用，還是科學可視化、影視特效製作，GLSL都扮演著至關重要的角色。 選擇C作為本書的編程語言，並非偶然。C作為一種功能強大、易於學習且跨平颱的語言，在遊戲開發領域擁有龐大的生態係統和豐富的開發工具，例如Unity和Godot等主流遊戲引擎都深度支持C。本書將充分利用C的便利性，結閤其與OpenGL的無縫集成（通過如OpenTK等庫），為你提供一個高效、直觀的學習和實踐環境。你無需糾結於復雜的底層API調用，而是可以將更多精力集中在GLSL著色器的編寫和圖形算法的理解上。 本書將帶你掌握的核心內容： 《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》並非一本泛泛而談的書籍，而是力求提供一套循序漸進、理論與實踐相結閤的學習路徑。本書將圍繞以下幾個核心主題展開： 第一部分：GLSL與渲染管綫入門 圖形渲染管綫概覽： 在深入GLSL之前，我們首先需要理解圖形渲染的基本流程。本書將詳細講解從3D模型數據輸入到最終屏幕圖像輸齣的整個管綫，包括頂點數據處理、幾何體組裝、光柵化、片段處理等關鍵階段。理解管綫的運作機製，是編寫高效著色器的基礎。 GLSL基礎語法與數據類型： 你將學習GLSL的語法規則，包括變量聲明、數據類型（如`float`, `vec2`, `vec3`, `vec4`, `mat4`等）、運算符、控製流（`if`, `for`, `while`）、函數定義等。我們將通過簡潔的示例，讓你快速熟悉GLSL的語言特性。 著色器類型與作用： GLSL主要有兩種類型的著色器：頂點著色器（Vertex Shader）和片段著色器（Fragment Shader）。本書將深入剖析它們各自的職責，以及如何在C程序中加載、編譯和鏈接這些著色器。 GLSL內建變量與函數： GLSL提供瞭豐富的內建變量（如`gl_Position`, `gl_FragCoord`）和函數（如`dot()`, `normalize()`, `texture()`），它們在渲染過程中起著至關重要的作用。你將學習如何利用這些工具來完成各種圖形計算。 第二部分：核心渲染技術與GLSL實現 頂點變換與投影： 理解模型視圖投影矩陣（Model-View-Projection Matrix）的工作原理，以及如何在頂點著色器中對其進行操作，實現物體的縮放、鏇轉、平移和相機視角變換。本書將提供清晰的數學原理闡述和C代碼示例。 光照模型與著色： 模擬真實世界的光照效果是圖形渲染中最具挑戰性但也最有價值的部分。我們將從基礎的朗伯模型（Lambertian Model）開始，逐步講解高漫模型（Blinn-Phong Model）、菲涅爾反射（Fresnel Reflection）、次錶麵散射（Subsurface Scattering）等更高級的光照技術，並指導你如何在片段著色器中實現它們。 紋理映射與采樣： 紋理是賦予物體錶麵細節和真實感的關鍵。你將學習如何使用紋理坐標，在片段著色器中采樣紋理（如漫反射紋理、法綫紋理、高光紋理等），並將紋理顔色應用到物體錶麵。本書將詳細介紹不同類型的紋理及其應用場景。 屏幕空間效果： 許多現代圖形技術都依賴於屏幕空間的數據。本書將介紹如何利用片段著色器來實現屏幕空間模糊（Screen Space Blur）、屏幕空間環境光遮蔽（Screen Space Ambient Occlusion, SSAO）、屏幕空間反射（Screen Space Reflection, SSR）等流行的高級後處理效果。 幾何著色器與計算著色器（可選進階）： 在掌握瞭頂點和片段著色器後，你還可以選擇性地探索幾何著色器（Geometry Shader）和計算著色器（Compute Shader）。幾何著色器允許你在頂點著色器之後生成或刪除幾何圖元，而計算著色器則提供瞭更通用的GPU並行計算能力，可用於粒子係統、物理模擬等。 第三部分：實例驅動的實踐開發 理論的學習需要通過實踐來鞏固和深化。《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》將貫穿大量的實例項目，讓你將所學知識付諸實踐。這些實例將涵蓋： 基礎圖形繪製： 從繪製簡單的三角形、正方形開始，逐步過渡到更復雜的模型。 材質與紋理應用： 使用不同的材質和紋理組閤，創建具有真實感的物體。 動態光照模擬： 實現可移動光源，觀察光照效果的變化。 粒子係統： 使用GLSL和C結閤，創造煙霧、火焰、爆炸等動態粒子效果。 後處理效果： 應用各種屏幕空間效果，提升畫麵的視覺錶現力，如卡通渲染、景深效果等。 簡單的3D場景渲染： 整閤之前所學知識，搭建一個基礎的3D場景，並實現基本的交互功能。 為何選擇本書？ 係統性： 提供從基礎概念到高級技術的全麵覆蓋，確保你的學習路徑清晰而完整。 實踐性： 大量生動、可運行的C代碼示例和實例項目，讓你在動手實踐中掌握知識。 易學性： 以C為橋梁，降低瞭直接與底層圖形API打交道的難度，讓你更專注於GLSL本身。 前沿性： 涵蓋瞭現代圖形渲染中的一些關鍵技術和趨勢。 麵嚮開發者： 旨在培養具備獨立圖形開發能力的程序員，無論你是遊戲開發者、VR/AR從業者，還是對計算機圖形學充滿好奇的愛好者。 本書的閱讀對象： 對計算機圖形學有濃厚興趣，希望深入瞭解圖形渲染原理的程序員。 使用C進行遊戲開發，希望提升圖形錶現力的開發者（如Unity、Godot用戶）。 希望學習GPU編程，掌握GLSL語言的初學者。 需要進行科學可視化、數據渲染等應用的開發者。 學習本書，你將獲得： 紮實的GLSL編程基礎。 深刻理解圖形渲染管綫的運作原理。 掌握實現各種高級圖形效果的關鍵技術。 獨立開發具有吸引力圖形應用的能力。 解鎖GPU計算的強大潛力。 《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》是你踏入精彩紛呈的圖形渲染世界的最佳嚮導。準備好迎接挑戰，用代碼點亮你的數字畫布吧！

評分☆☆☆☆☆

我一直對計算機圖形學充滿熱情，尤其是在理解GPU是如何繪製齣逼真畫麵的方麵。市麵上關於OpenGL和DirectX的書籍很多，但真正深入講解GLSL並且提供清晰實例的卻不多。《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》這個書名讓我眼前一亮，它不僅聚焦於GLSL核心技術，更重要的是明確瞭“C版本”，這極大地吸引瞭我。我一直習慣於使用C進行開發，尤其是在Unity環境中，GLSL是實現自定義著色器和高級圖形效果的關鍵。我期望這本書能深入淺齣地講解GLSL的語法、數據類型、內置函數以及各種著色器階段（頂點、片段、幾何等）的工作流程。我希望它能從最基本的原理開始，比如如何處理頂點數據、如何進行坐標變換、如何進行插值計算，以及如何使用紋理和顔色來影響最終的像素顔色。更吸引我的是“實例”部分，我希望能夠看到一些能夠直接在Unity等C環境下運行的示例代碼。例如，實現一些基礎的光照效果，如平行光、點光源，以及更高級的光照模型，如PBR。我也很期待書中能夠演示如何實現一些有趣的視覺效果，例如屏幕空間的反射、摺射，或者是一些基於噪聲的程序化紋理生成。如果書中還能提供一些關於著色器性能優化的建議，那將非常有幫助。

評分☆☆☆☆☆

長期以來，我一直在尋找一本能夠真正讓我理解GPU渲染背後原理的書籍，而《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》無疑是近期最讓我期待的一本。我之前也看過一些關於圖形學的資料，但往往在實際操作層麵感到力不從心。這本書的“C版本”定位，意味著我可以依托自己熟悉的開發環境來學習，這大大縮短瞭理論到實踐的距離。我尤其希望能在這本書中看到對於GLSL語言本身深入淺齣的講解，包括其變量類型、函數、控製流以及如何利用它來編寫定製化的著色器。我期望書中能夠清晰地闡述頂點著色器和片段著色器在整個渲染管綫中的作用，以及它們之間是如何協作的。對於“實例”部分，我期待能夠看到一些能夠激發我創作靈感的例子，例如如何用GLSL實現逼真的火焰效果，如何在屏幕上繪製復雜的幾何圖形，或者如何模擬一些自然現象，如水麵波動、雲彩飄動等。我希望這些實例能夠提供完整的、可運行的C代碼，並且附帶詳細的解釋，幫助我理解每一個環節的設計思路和技術要點。此外，如果書中還能觸及一些現代圖形學的發展趨勢，比如計算著色器（Compute Shader）的應用，或者一些新的渲染技術，那將是極大的驚喜。

評分☆☆☆☆☆

我之前嘗試過一些圖形編程的書籍，但它們要麼過於理論化，要麼使用的編程語言不是我熟悉的，導緻學習過程比較艱難。《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》這個書名立刻引起瞭我的注意，因為它直接點明瞭使用C作為語言載體，這對我來說是一個巨大的優勢。我一直以來都是C開發者，在Unity等遊戲引擎中使用C進行開發，因此如果能夠直接在熟悉的開發環境中應用GLSL，學習效率無疑會大大提升。我特彆希望能在這本書中看到一些關於如何在Unity中集成和使用GLSL著色器的實際操作指南。比如，如何創建ShaderLab文件，如何將GLSL代碼編寫進去，以及如何通過C腳本來控製著色器的參數和Uniform變量。此外，我對於書中“實例”部分的期待非常高，希望它能涵蓋一些能實際應用到遊戲開發中的案例，例如實現粒子係統、卡通渲染、或者一些特殊的後處理效果，如景深、運動模糊等。我非常好奇書中將如何處理這些相對復雜的渲染技術，並希望通過作者提供的代碼和講解，能夠一步步地理解其中的邏輯。如果書中還能提及一些GLSL的優化技巧，或者一些在實際項目中需要注意的坑，那將是錦上添花瞭，能夠幫助我避免走彎路。

評分☆☆☆☆☆

作為一名剛剛接觸圖形編程不久的初學者，我一直在尋找一本能夠係統性地介紹GLSL渲染技術的書籍，而《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》似乎正是我的目標。我最看重的是它內容的“基礎”部分，希望它能幫助我理清那些初看時令人頭疼的數學概念，比如嚮量、矩陣運算在三維空間中的應用，以及如何理解和編寫著色器代碼。我希望作者能夠用通俗易懂的語言解釋GLSL的語法和特性，並且清晰地闡述著色器在渲染管綫中的作用。例如，我希望書中能詳細解釋頂點著色器如何處理頂點數據，以及片段著色器又是如何逐像素地生成顔色的。同時，對於“實例”部分，我期待它能包含一些由淺入深的實際案例，比如如何繪製一個簡單的立方體，如何應用一張紋理，如何實現一個基本的顔色漸變效果，乃至如何構建一個簡單的場景。更重要的是，我希望這些實例能夠提供完整的C代碼，讓我可以直接復製代碼並運行，然後在逐步修改中理解其工作原理。此外，這本書如果能介紹一些常用的GLSL內置函數和變量，以及它們的使用場景，那將是非常有價值的。我相信，通過這樣的實踐導嚮學習，我能夠更快地掌握GLSL編程的核心技能，為後續更深入的學習打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很有吸引力，深邃的藍色背景搭配流動的粒子效果，立刻就勾起瞭我對圖形渲染的好奇心。我一直對遊戲開發和3D動畫有著濃厚的興趣，而GLSL作為GPU編程的基石，又是實現這些視覺效果的關鍵。雖然市麵上關於圖形編程的書籍不少，但《GLSL渲染編程基礎與實例（C版本）》讓我眼前一亮。首先，它明確標注瞭“C版本”，這對於我這樣熟悉C語言的開發者來說，無疑是極大的福音。這意味著我不需要再去學習一門全新的語言，而是可以利用我已有的知識體係來探索GLSL的世界，大大降低瞭學習門檻。其次，書名中的“基礎與實例”也讓我看到瞭學習路徑的清晰性。我希望這本書能夠從最基礎的概念講起，比如頂點著色器、片段著色器的工作原理，以及如何傳遞數據到GPU。接著，通過豐富的實例，逐步引導我掌握更復雜的渲染技術，例如光照模型、紋理映射、後處理效果等等。我期待書中能夠包含諸如Phong光照、Blinn-Phong光照、PBR（基於物理的渲染）等經典且實用的光照模型，並且有相應的C代碼示例來演示如何在Unity或者其他C環境中實現。此外，書中關於性能優化的一些建議也同樣吸引我，畢竟在實際開發中，高效的渲染是至關重要的。總而言之，這本書給我的第一印象是非常專業且貼閤實際需求，我迫不及待地想翻開它，開始我的GLSL渲染之旅。