GPU精華：實時圖形編程的技術、技巧、和技藝

第l部分自然效果
簡介
第1章用物理模型進行高效的水模擬
1.1目標和范圍
1.2正弦近似值的加和
1.2.1波的選擇
1.2.2法線和切線
1.2.3)L何波
1.2.4紋理波
1.3編輯
1.3.1深度的使用
1.3.2重載
1.3.3邊長的過濾
l.3.4紋理坐標
1.4運行時的處理
1.4.1凹凸環(huán)境映射參數(shù)
1.4.2頂點和像素的處理
1.5小結(jié)
1.6參考文獻
第2章水刻蝕的渲染
2.1引言
2.2刻蝕的計算
2.3方法
2.4使用OpenGL實現(xiàn)
2.5使用高級著色語言實現(xiàn)
2.6小結(jié)
2.7參考文獻
第3章Dawn演示中的皮膚
3.1引言
3.2皮膚著色
3.3場景的照明
3.3.1高動態(tài)范圍的環(huán)境
3.3.2遮擋
3.4皮膚如何對光進行響應
3.5實現(xiàn)
3.5.1頂點Shader
3.5.2像素Shader
3.6小結(jié)
3.7參考文獻
第4章Dawn演示中的動畫
4.1髑食
4.2網(wǎng)格的動畫
4.3變形網(wǎng)格對象
4.3.1高級語言中的變形網(wǎng)格對象
4.3.2變形網(wǎng)格對象的實現(xiàn)
4.4蒙皮
4.5小結(jié)
4.6參考文獻
第5章改良的Perlin噪聲的實現(xiàn)
5.1噪聲函數(shù)
5.2最初的實現(xiàn)
5.3最初實現(xiàn)的缺點
5.4對噪聲函數(shù)的改進
5.5如何在像素shader中產(chǎn)生好的假噪聲
5.6不考慮相鄰頂點制作凹凸貼圖
5.7小結(jié)
5.8參考文獻
第6章Vulcan演示中的火
6.1創(chuàng)建逼真的火焰
6.2動畫精靈的實現(xiàn)
6.2.1火焰和煙的動畫
6.2.2使火焰增加多樣性
6.2.3動畫的存儲
6.2.4火焰和煙的混合
6.3粒子運動
6.4性能
6.4.1層次合成
6.4.2 定制的精靈
6.5渲染后的效果
6.5.1輝光
6.5.2熱微光
6.5.3粒
6.5.4最終的程序
6.6小結(jié)
第7章無數(shù)波動草葉的渲染
7.1引言
7.2概述
7.3草體的準備
7.3.1草的紋理
7.3.2草體
7.4動畫
7.4.1一般思路
7.4.2每叢草體的動畫
7.4.3每個頂點的動畫
7.4.4每個草體的動畫
7.5小結(jié)
7.6參考文獻
第8章衍射的模擬
8.1什么是衍射
8.1.1波動光學
8.1.2衍射的物理學
8.2實現(xiàn)
8.3結(jié)果
8.4小結(jié)
8.5參考文獻
第2部分光照和陰影
簡介
第9章有效的陰影體渲染
9.1引言
9.2程序結(jié)構
9.2.1多遍渲染
9.2.2頂點緩沖器結(jié)構
9.2.3在無限遠處工作
9.3詳細的討論
9.3.1數(shù)學
9.3.2代碼
9.3.3markShadows方法
9.3.4findBackfaces方法
9.3.5亮罩和暗罩
9.3.6側(cè)面
9.4調(diào)試
9.5幾何優(yōu)化
9.5.1方向光
9.5.2點光源和聚光燈
9.5.3剔除陰影體
9.5.4除罩操作
9.6填充率的優(yōu)化
9.6.1有限的體積
9.6.2XY裁剪
9.6.3Z-邊界
9.7將來的陰影
9.8參考文獻
第10章電影級的光照
10.1引言
10.2直射光照明模型
10.2.1選擇
10.2.2顏色
10.2.3造型
10.2.4陰影
10.2.5紋理
10.2.6結(jié)果
10.3泛光Shade r
10.4性能分析
10.4.1速度
10.4.2開銷
10.4.3優(yōu)化
10.5小結(jié)
10.6參考文獻
第11章陰影貼圖反走樣
11.1引言
11.2靠近的百分比過濾
11.3平滑濾波的實現(xiàn)
11.4較少地取樣
11.5T作原理
11.6小結(jié)
11.7參考文獻
第12章全方位的陰影映射
12.1引言
12.1.1模板陰影
12.1.2N影映射
12.2陰影映射的算法
12.2.1條件
12.2.2算法
12.2.3紋理格式
12.2.4陰影貼圖的尺寸
12.2.5幾何體的數(shù)值范圍
12.3實現(xiàn)
12.3.1系統(tǒng)需求
12.3.2資源創(chuàng)建
12.3.3渲染階段l：渲染到陰影貼圖
12.3.4渲染階段2：基本渲染
12.3.5光照計算
12.3.6陰影的計算
12.3.7技巧和竅門
12.3.8最終的著色遍(LightingxShadow)
12.4添加模糊的陰影
12.5小結(jié)
12.6參考文獻
第13章使用遮擋區(qū)間映射產(chǎn)生模糊的陰影
13.1加油站
13.2算法
13.3創(chuàng)建映射
13.4渲染
13.5局限性
13.6小結(jié)
13.7參考文獻
第14章透視陰影貼圖
14.1引言
14.2PSM算法的問題
14.2.1虛擬攝像機
14.2.2光源攝像機
14.2.3偏置
14.3獲得更好陰影映射的技巧
14.3.I過濾器
14.3.2模糊
14.4結(jié)果
14.5參考文獻
第15章逐像素光照的可見性管理
15.1GPU書中的可見性
15.2批和逐像素光照
15.2.1逐像素光照的例子
15.2.2究竟需要多少j比
15.3作為集合的可見性
15.3.1可見集合
15.3.2光源集合
15.3.3照明集合
15.3.4陰影集合
15.4各集合的生成
15.4.1可見集合的生成
15.4.2光源集合的生成
15.4.3照明集合的生成
15.4.4陰影集合的生成
15.5可見性改善填充率
15.6實際的應用
15.7小結(jié)
15.8參考文獻
第3部分材質(zhì)
簡介
第16章次表面散射的實時近似
16.1次表面散射的視覺效果
16.2簡單的散射近似
16.3用深度映射模擬吸收
16.3.1實現(xiàn)細節(jié)
l6.3.2更精密的散射模型
16.4紋理空間的漫反散
16.5小結(jié)
16.6參考文獻
第17章環(huán)境遮擋.
第18章空間的BRDFs
18.1什么是SBRDF
18.2表達式的詳述
18.3使用離散光的渲染
18.4使用環(huán)境貼圖的渲染
18.4.1算法.
18.4.2shader代碼
18.5小結(jié)
18.6參考文獻
第19章基于圖像的光照
19.1基于圖像光照的局部化
l9.2]頁點Shader
19.3片元Shader
19.4漫反射IBL
19.5影子
19.6使用局部立方體貼圖作背景
19.7小結(jié)
19.8參考文獻
第20章紋理爆炸
20.1紋理爆炸
20.1.1求單元
20.1.2對圖像采樣
20.1.3相鄰單元中的圖像
20.1.4圖像優(yōu)先級
20.1.5程序化圖像
20.1.6圖像的隨機選擇
20.2技術上的考慮
20.3高級特性
20.3.1縮放和轉(zhuǎn)動
20.3.2可控的變量密度
20.3.3程序化的3D爆炸
20.3.4隨時間變化的紋理
20.3.5Voronoi相關的細胞法
20.4小結(jié)
20.5參考文獻
第4部分圖像處理
簡介
第2l章實時輝光
21.1技術概述
21.2渲染輝光的步驟
21.2.1輝光源的指定和渲染
21.2.2模糊輝光源
21.2.3分步卷積
21.2.4GPU上的卷積
2l.3特定硬件的實現(xiàn)
21.3.1Direct3D9
21.3.2Direct3D8
21.3.3Direct3D7
21.4模糊的其他用途
21.5把效果加入一個游戲引擎
21.5.1渲染場景
21.5.2走樣問題
21.5.3DirectX7的精度問題
21.5.4殘留圖像效應
21.5.5漸變效果
21.6小結(jié)
21.7參考文獻
第22章顏色控制
22.1引言
22.2基于通道的顏色校正
22.2.1 級別
22.2.2曲線
22.3多通道的彩色校正和變換
22.3.1灰度變換
22.3.2彩色空間的變換
22.4參考文獻
第23章景深：技術綜述
23.1什么是景深
23.1.1模糊圈的計算
23.1.2主要技術
23.2光線跟蹤的景深
23.3累積緩沖區(qū)的景深
23.4分層的景深
23.5向前映射的z緩沖區(qū)景深
23.6反向映射的z緩沖區(qū)景深
23.7小結(jié)
23.8參考文獻
第24章高質(zhì)量的過濾
24.1質(zhì)量與速度
24.2對GPU求導的理解
24.3解析的反走樣和紋理化
24.4小結(jié)
24.5參考文獻
第25章用紋理貼圖進行快速過濾寬度的計算
25.1在shader中求導的需求
25.2用紋理計算過濾寬度
25.3討論
25.4參考文獻
第26章openEXR圖像文件格式
26.1什么是OpenEXR
26.1.1高動態(tài)范圍圖像
26.1.2“半精度”(Half)格式
26.1.3可表示的數(shù)值范圍
26.1.4彩色分辨率
26.1.5C++接口
26.2OpenEXR文件結(jié)構
26.2.1文件頭
26.2.2像素
26.3OpenEXR數(shù)據(jù)壓縮
26.4OpenEXR的使用
26.4.1OpenEXR圖像的讀和顯示
26.4.2一個OpenEXR圖像的渲染和寫入
26.5線性像素值
26.6創(chuàng)建和使用HDR圖像
26.7小結(jié)
26.8參考文獻
第27章圖像處理的框架
27.1引言
27.2框架設計
27.2.1操作器和過濾器
27.2.2圖像數(shù)據(jù)
27.2.3丟失的塊
27.3實現(xiàn)
27.3.1Image類
27.3.2lmageFilter類
27.3.3過濾的實現(xiàn)
27.4一個示例應用程序
27.5性能和局限性
27.6小結(jié)
27.7參考文獻
第5部分性能及實踐
簡介
第28章圖形流水線性能
28.1概述
28.1.1流水線
28.1.2方法
28.2定位瓶頸
28.2.1光柵操作
28.2.2紋理帶寬
28.2.3片元著色
28.2.4頂點處理
28.2.5頂點和索引傳輸
28.3優(yōu)化
28.3.1在CPU上優(yōu)化
28.3.2減少頂點傳輸?shù)拈_銷
28.3.3頂點處理的優(yōu)化
28.3.4加速片元著色
28.3.5減小紋理帶寬
28.3.6優(yōu)化幀緩沖帶寬
28.4小結(jié)
28.5參考文獻
第29章有效的遮擋剔除
29.1什么是遮擋剔除
29.1.1遮擋查詢
29.1.2早期z值拒絕
29.2遮擋查詢?nèi)绾喂ぷ?br />29.3初步使用遮擋查詢
29.3.1恰當?shù)厥褂谜趽醪樵?br />29.3.2遮擋物和被遮擋物的比較
29.4更進一步的應用
29.4.1將物體排序
29.4.2一個防止誤解的說明
29.5關于包圍盒
29.5.1靜態(tài)的物體
29.5.2動畫的物體
29.6其他問題
29.6.1CPU消耗太高
29.6.2高分辨率的渲染
29.6.3快速深度寫入的性能
29.6.4錐體剔除
29.7一點小忠告
29.8一個應用：透鏡耀斑
29.8.1渲染透鏡耀斑的舊方法
29.8.2渲染透鏡耀斑的新方法
29.9小結(jié)
29.10參考文獻
第30章FXComposer的設計
30.1工具的開發(fā)
30.2設計初衷和使用對象”
30.3對象設計
30.4文件格式
30.5用戶接口
30.6Direct3D圖形的實現(xiàn)
30.6.1設備窗口
30.6.2Direct3D效果
30.6.3ID3DXEfiectC0mpiler
30.6.4ID3DXEffect
30.7場景管理
30.8小結(jié)
30.9參考文獻
第3l章FXComposer的使用
31.1開始
31.1.1材質(zhì)面板
31.1.2場景圖形面板
31.1.3編輯窗口
31.1.4ShaderPerf面板
31.1.5屬性面板
31.1.6場景面板
31.1.7紋理面板
31.1.8任務面板
31.1.9日志面板
31.2項目示例
31.3小結(jié)
第32章Shader接口入門
32.1shader接口的基礎
32.2一個靈活的光源描述
32.3材質(zhì)樹
32.4小結(jié)
32.5參考文獻
第33章將產(chǎn)品的RenderManshader轉(zhuǎn)化為實時的shader
33.1引言
33.2光照
33.2.1光源
33.2.2光源shader
33.2.3其他的光源參數(shù)
33.3頂點程序與片元程序的比較
33.4使用頂點和片元程序
33.5片元程序的優(yōu)化技術
33.5.1把代碼轉(zhuǎn)移到應用層
33.5.2把代碼轉(zhuǎn)移到頂點程序
33.5.3通過紋理查詢優(yōu)化
33.5.4向量化的優(yōu)化
33.5.5最終的優(yōu)化
33.6小結(jié)
33.7參考文獻
第34章將硬件著色整合進Cinema4D
34.1引言
34.2把Cinema4D連接到CgFX上去
34.3shader和參數(shù)管理
34.4模擬離線渲染
34.5結(jié)果和性能
34.6收獲和教訓
34.7參考文獻
第35章在實時應用程序中使用高質(zhì)軟件渲染效果
35.1引言
35.2用于硬件渲染的內(nèi)容流水線
35.3硬件渲染的組件
35.3.1幾何數(shù)據(jù)
35.3.2屬性映射
35.4組件的產(chǎn)生
35.4.創(chuàng)建幾何圖形
35.4.2對紋理和頂點的渲染
第36章將Shader整合到應用程序中去
36.1引言
36.2關于shader
36.3一個effect文件的剖析
36.3.1變量
36.3.2結(jié)構體
36.3.3pass
36.3.4technique
36.3.5評注
36.4shader數(shù)據(jù)的類型
36.4.1場景信息
36.4.2材質(zhì)
36.4.3渲染的場景
36.4.4頂點數(shù)據(jù)
36.5與shader的通信
36.5.1場景信息
36.5.2材質(zhì)的參數(shù)
36.5.3頂點格式
36.5.4場景
36.5.5就場景對technique和pass的比較
36.6effect文件格式的擴展
36.6.1對預處理程序的支持
36.6.2對shader變化的支持
36.6.3shader繼承的添加
36.7小結(jié)
36.8參考文獻
第6部分超越三角形
簡介
第37章用于GPU計算的工具箱
37.1用GPU進行計算
37.1.1編程模型
37.1.2并行編程
37.1.3高級的GPU程序
37.2約減
37.2.1并行的約減
37.2.2有關約減的注意事項
37.3排序和搜索
37.3.1Bitonic歸并排序
37.3.2二分搜索
37.4挑戰(zhàn)
37.4.1有限的輸出
37.4.2緩慢的回讀
37.4.3GPU和CPU的比較
37.5小結(jié)
37.6參考文獻
第38章在GPU上的快速流體動力學模擬
38.1引言
38.1.1目的
38.1.2假設
38.1.3方法
38.2數(shù)學背景
38.2.1不可壓縮流體的Navier.Stokes方程式
38.2.2Navier.Stokes方程式的各項
38.2.3矢量微積分的簡要復習
38.2.4解Navier.Stokes方程式
38.3實現(xiàn)
38.3.1CPU.GPU的類比
38.3.2片運算
38.3.3片元程序的實現(xiàn)
38.4應用
38.4.1模擬液體和氣體
38.4.2浮力和對流
38.5擴展
38.5.1旋渦狀態(tài)的限制
38.5.2三維
38.5.3交錯排列的網(wǎng)格
38.5.4任意邊界
38.5.5流體的自由表面
38.6小結(jié)
38.7參考文獻
第39章體渲染技術
39.1引言
39.2體渲染
39.3基于紋理的體渲染
39.4實現(xiàn)細節(jié)
39.4.1數(shù)據(jù)的表達和處理
39.4.2代理幾何體
39.4.3渲染
39.5高級技術
39.5.1體光照
39.5.2程序化渲染
39.6對性能的考慮
39.7小結(jié)
39.8參考文獻
第40章用于三維超聲波可視化的實時著色
40.1背景
40.2引言
40.2.1笛卡爾網(wǎng)格數(shù)據(jù)的體渲染
40.2.2體渲染錐體網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)
40.3結(jié)果
40.4小結(jié)
40.5參考文獻
第4l章實時立體圖
41.1什么是立體圖
41.1.1立體攝影
41.1.2隨機點立體圖
41.1.3單個圖像的立體圖
41.2單個圖像立體圖的創(chuàng)建
41.2.1參數(shù)
41.2.2渲染
41.2.3動畫的單個圖像立體圖的創(chuàng)建
41.2.4片元程序
41.3示例應用程序
41.4.參考文獻
第42章變形
42.1什么是變形
42.2在GPU上的變形
42.2.1變形的公式
42.2.2寫頂點程序
42.2.3法線的變形
42.3局限性
42.4性能
42.5例子：波浪變形
42.6小結(jié)