Cg教程：可編程實時圖形權(quán)威指南

第1章  簡介
1.1  什么是Cg？  1
1.1.1  為可編程圖形硬件設(shè)計的語言  2
1.1.2  Cg的數(shù)據(jù)流模型  2
1.1.3  圖形處理器的特殊性和中央處理器的通用性  3
1.1.4  Cg性能的基本原理  3
1.1.5  與傳統(tǒng)編程語言共存  4
1.1.6  Cg的其他方面  22
1.1.7  Cg程序的有限執(zhí)行環(huán)境  22
1.2  頂點、片段和圖形流水線  23
1.2.1  計算機(jī)圖形硬件的發(fā)展史  23
1.2.2  四代計算機(jī)圖形硬件  24
1.2.3  圖形硬件流水線  28
1.2.4  可編程圖形流水線  31
1.2.5  Cg提供了頂點和片段的可編程能力  34
1.3  Cg的發(fā)展史  35
1.3.1  Microsoft和NVIDIA協(xié)作開發(fā)了Cg和HLSL  37
1.3.2  非交互的著色語言  37
1.3.3  三維圖形的編程接口  40
1.4  Cg環(huán)境  40
1.4.1  標(biāo)準(zhǔn)三維編程接口：OpenGL和Direct3D  40
1.4.2  Cg編譯器和運(yùn)行庫（Runtime）  42
1.4.3  CgFX工具箱和文件格式  44
1.5  練習(xí)  47
1.6  補(bǔ)充閱讀  47
第2章  最簡單的程序
2.1  一個簡單的頂點程序  49
2.1.1  輸出結(jié)構(gòu)（Output Structure）  50
2.1.2  標(biāo)識符  51
2.1.3  結(jié)構(gòu)成員  52
2.1.4  向量  52
2.1.5  矩陣  53
2.1.6  語義  54
2.1.7  函數(shù)  55
2.1.8  輸入和輸出語義是不同的  55
2.1.9  函數(shù)體  57
2.2  編譯你的例子  58
2.2.1  頂點程序Profile  58
2.2.2  Cg編譯錯誤類別  60
2.2.3  依賴profile的錯誤  60
2.2.4  標(biāo)準(zhǔn)：多重入口函數(shù)  61
2.2.5  下載和設(shè)置頂點和片段程序  62
2.3  一個簡單的片段程序  63
2.3.1  片段程序profile  65
2.4  用你的頂點和片段示例程序渲染  67
2.4.1  用OpenGL渲染一個三角形  67
2.4.2  用Direct3D渲染一個三角形  67
2.4.3  獲得同樣的結(jié)果  68
2.5  練習(xí)  70
2.6  補(bǔ)充閱讀  70
第3章  參數(shù)、紋理和表達(dá)式
3.1  參數(shù)  71
3.1.1  Uniform參數(shù)  71
3.1.2  const類型限定符  74
3.1.3  Varying參數(shù)  74
3.2  紋理樣本  76
3.2.1  樣本對象  77
3.2.2  紋理采樣  78
3.2.3  在對一個紋理采樣的時候，發(fā)送紋理坐標(biāo)  78
3.3  數(shù)學(xué)表達(dá)式  79
3.3.1  操作符  79
3.3.2  依賴于profile的數(shù)值數(shù)據(jù)類型  81
3.3.3  標(biāo)準(zhǔn)庫內(nèi)置的函數(shù)  84
3.3.4  二維扭曲  86
3.3.5  重影效果  90
3.4  練習(xí)  94
3.5  補(bǔ)充閱讀  95
第4章  變換
4.1  坐標(biāo)系統(tǒng)  97
4.1.1  物體空間  98
4.1.2  齊次坐標(biāo)  99
4.1.3  世界空間  99
4.1.4  建模變換  99
4.1.5  眼睛空間  100
4.1.6  視變換  101
4.1.7  剪裁空間  102
4.1.8  投影變換  102
4.1.9  標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備坐標(biāo)  103
4.1.10  窗口坐標(biāo)  104
4.2  理論應(yīng)用  104
4.3  練習(xí)  105
4.4  補(bǔ)充閱讀  105
第5章  光照
5.1  光照和光照模型  107
5.2  實現(xiàn)基本的每個頂點的光照模型  109
5.2.1  基本的光照模型  109
5.2.2  一個基本的每個頂點光照的頂點程序  115
5.2.3  每個頂點光照的片斷程序  124
5.2.4  單個頂點光照結(jié)果  124
5.3  單個片斷光照  124
5.3.1  實現(xiàn)每個片斷的光照  126
5.3.2  用于每個片斷光照的頂點程序  127
5.3.3  用于每個片斷光照的片斷程序  127
5.4  創(chuàng)建一個光照函數(shù)  129
5.4.1  聲明一個函數(shù)  129
5.4.2  一個光照函數(shù)  131
5.4.3  結(jié)構(gòu)  131
5.4.4  數(shù)組  132
5.4.5  流程控制  133
5.4.6  計算漫反射和鏡面反射光照  135
5.5  擴(kuò)展基本模型  135
5.5.1  距離衰減  136
5.5.2  增加一個聚光燈效果  138
5.5.3  平行光  141
5.6  練習(xí)  143
5.7  補(bǔ)充閱讀  144
第6章  動畫
6.1  隨時間運(yùn)動  145
6.2  一個有規(guī)律搏動的物體  146
6.2.1  頂點程序  147
6.2.2  位移計算  148
6.3  粒子系統(tǒng)  150
6.3.1  初始化條件  151
6.3.2  向量化計算  152
6.3.3  粒子系統(tǒng)的參數(shù)  152
6.3.4  頂點程序  153
6.3.5  修飾你的粒子系統(tǒng)  155
6.4  關(guān)鍵幀插值  156
6.4.1  關(guān)鍵幀的背景知識  156
6.4.2  插值方法  159
6.4.3  基本的關(guān)鍵幀插值  161
6.4.4  帶光照的關(guān)鍵幀插值  162
6.5  頂點混合（Vertex Skinning）  163
6.5.1  頂點混合理論  163
6.5.2  在頂點程序中的頂點混合  165
6.6  練習(xí)  167
6.7  補(bǔ)充閱讀  168
第7章  環(huán)境映射技術(shù)
7.1  環(huán)境映射  169
7.1.1  立方貼圖紋理  170
7.1.2  生成立方貼圖  171
7.1.3  環(huán)境映射的概念  171
7.1.4  計算反射向量  171
7.1.5  環(huán)境映射的一些假設(shè)  173
7.2  反射環(huán)境映射  174
7.2.1  應(yīng)用程序指定的參數(shù)  175
7.2.2  頂點程序  175
7.2.3  片斷程序  179
7.2.4  控制貼圖  180
7.2.5  頂點程序?qū)ζ瑪喑绦?nbsp; 180
7.3  折射環(huán)境映射  181
7.3.1  折射的物理原理  182
7.3.2  頂點程序  184
7.3.3  片斷程序  186
7.4  菲涅耳效果和顏色色散  187
7.4.1  菲涅耳效果  187
7.4.2  顏色色散  188
7.4.3  應(yīng)用程序指定的參數(shù)  189
7.4.4  頂點程序  190
7.4.5  片斷程序  191
7.5  練習(xí)  193
7.6  補(bǔ)充閱讀  194
第8章  凹凸映射
8.1  凹凸映射一個磚墻  195
8.1.1  磚墻的法向量貼圖  196
8.1.2  把凹凸貼圖存儲成法向量貼圖紋理  197
8.1.3  對一個磚墻的簡單凹凸映射  199
8.1.4  帶鏡面反射的凹凸映射  203
8.1.5  凹凸映射其他幾何圖形  206
8.2  凹凸映射一個磚砌的地板  208
8.2.1  渲染一個磚撲的地板的頂點程序  210
8.3  凹凸映射一個園環(huán)  213
8.3.1  園環(huán)的數(shù)學(xué)表示  213
8.3.2  凹凸映射的園環(huán)的頂點程序  216
8.4  凹凸映射紋理的多邊形網(wǎng)格  218
8.4.1  考察單獨一個三角形  218
8.4.2  一些告戒  221
8.4.3  推廣到一個多邊形的網(wǎng)格  222
8.5  把凹凸映射和其他效果結(jié)合在一起  223
8.5.1  印花貼圖（Decal Map）  223
8.5.2  光澤貼圖  223
8.5.3  投射自己的幾何陰影（Geometric Self-Shadowing）  224
8.6  練習(xí)  225
8.7  補(bǔ)充閱讀  225
第9章  高級論題
9.1  霧  227
9.1.1  均勻的霧  228
9.1.2  霧的屬性  229
9.1.3  霧的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)  229
9.1.4  直覺化公式  231
9.1.5  用Cg創(chuàng)建均勻的霧  232
9.2  非真實性渲染  234
9.2.1  卡通著色  234
9.2.2  實現(xiàn)卡通著色  235
9.2.3  集成在一起  238
9.2.4  這個技術(shù)的一些問題  238
9.3  投影貼圖  240
9.3.1  投影紋理是如何工作  241
9.3.2  實現(xiàn)投影紋理貼圖  243
9.3.3  投影紋理貼圖的代碼  244
9.4  陰影映射  247
9.5  合成  249
9.5.1  把輸入映射到輸出像素  250
9.5.2  基本的合成操作  250
9.6  練習(xí)  254
9.7  補(bǔ)充閱讀  255
第10章  Profile和性能
10.1  Profile描述  257
10.1.1  DirectX8的頂點著色器Profile  257
10.1.2  OpenGL的基本NVIDIA頂點程序Profile  258
10.1.3  OpenGL的ARB頂點程序Profile  258
10.1.4  DirectX 9的頂點著色器Profile  259
10.1.5  OpenGL高級NVIDIA頂點程序Profile  259
10.1.6  DirectX 8的像素著色器Profile  259
10.1.7  用于OpenGL的基本NVIDIA片斷程序Profile  260
10.1.8  DirectX 9像素著色器Profile  261
10.1.9  OpenGL的ARB片斷程序Profile  261
10.1.10  OpenGL高級NVIDIA片斷程序Profile  261
10.2  性能  262
10.2.1  使用Cg標(biāo)準(zhǔn)庫  262
10.2.2  充分利用統(tǒng)一參數(shù)  263
10.2.3  使用頂點程序?qū)Ρ仁褂闷瑪喑绦?nbsp; 263
10.2.4  數(shù)據(jù)類型和它們對性能的影響  264
10.2.5  充分利用向量化  264
10.2.6  使用紋理來編碼函數(shù)  265
10.2.7  自由使用重組（Swizzling）和取反（Negation）  265
10.2.8  只對必須著色的像素進(jìn)行著色  266
10.2.9  簡短的匯編代碼并不是更快的性能所必須的  266
10.3  練習(xí)  267
10.4  補(bǔ)充閱讀  267
附錄A  Cg入門
A.1  獲得這本書的配套軟機(jī)  269
A.2  獲得Cg工具箱  269
附錄B  Cg運(yùn)行庫
B.1  什么是Cg 運(yùn)行庫？  271
B.2  為什么使用Cg 運(yùn)行庫?  271
B.2.1  未來的證明  271
B.2.2  沒有依靠問題  272
B.2.3  輸入?yún)?shù)管理  272
B.3  Cg運(yùn)行庫是如何工作的？  272
B.3.1  頭文件（Header File）  273
B.3.2  創(chuàng)建一個環(huán)境（Context）  274
B.3.3  編譯一個程序  274
B.3.4  載入一個程序  275
B.3.5  修改程序的參數(shù)  275
B.3.6  執(zhí)行程序  276
B.3.7  釋放資源  276
B.3.8  處理錯誤  277
B.4  更多的細(xì)節(jié)  278
附錄C  CgFX文件格式
C.1  什么是CgFX?  279
C.2  格式縱覽  280
C.2.1  技巧（Technique）  280
C.2.2  過程（Pass）  281
C.2.3  渲染狀態(tài)  281
C.2.4  變量和語義  282
C.2.5  注解（Annotation）  282
C.2.6  一個CgFX文件的示例  283
C.3  支持CgFX格式的Cg插件  285
C.4  學(xué)習(xí)更多有關(guān)CgFX的知識  285
附錄D  Cg關(guān)鍵字
D.1  Cg關(guān)鍵字列表  287
附錄E  Cg標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)
E.1  數(shù)學(xué)函數(shù)  289
E.2  幾何函數(shù)  293
E.3  紋理貼圖函數(shù)  294
E.4  導(dǎo)數(shù)函數(shù)  296
E.5  調(diào)試函數(shù)  296