华章 OpenGL ES 3.0编程指南（原书第2版）

《华章 OpenGL ES 3.0编程指南（原书第2版）》由资深OpenGL技术专家亲笔撰写，全面介绍OpenGL ES 3.0的各种特性及新增功能；
通过大量已经编译和测试过的实例，详细讲解OpenGL ES 3.0中的应用程序接口（API）和图形管线，既涵盖简单图形的渲染方法，又深入介绍逐像素照明和粒子系统等高级渲染技术，并且包含大量有效使用API和硬件的实用技巧，为手持设备的各种高性能3D应用开发提供翔实指导。

《华章 OpenGL ES 3.0编程指南（原书第2版）》由资深OpenGL技术专家亲笔撰写，全面介绍OpenGL ES 3.0的各种特性及新增功能， ，通过大量已经编译和测试过的实例，详细讲解OpenGL ES 3.0中的应用程序接口（API）和图形管线，既涵盖简单图形的渲染方法，又深入介绍逐像素照明和粒子系统等高级渲染技术，并且包含大量有效使用API和硬件的实用技巧，为手持设备的各种高性能3D应用开发提供翔实指导。
《华章 OpenGL ES 3.0编程指南（原书第2版）》共16章：第1章简单介绍OpenGL ES ，并概述OpenGL ES 3.0图形管线；第2章通过绘制一个三角形的简单OpenGL ES 3.0示例程序，讲解一些API概念，并说明如何构建和运行OpenGL ES示例程序；第3章讲述为OpenGL ES 3.0创建表面和渲染上下文的API——EGL；第4章讨论创建着色器对象、编译着色器和检查编译错误的方法；第5章讲解编写着色器所需的着色语言基本知识；第6章详细介绍几何形状输入图形管线的方法，包含对顶点属性、顶点数组和缓冲区对象的讨论；第7章讨论几何形状如何装配成图元，介绍OpenGL ES 3.0中所有可用图元类型，包括点精灵、直线、三角形、三角形条带和三角扇形；第8章概述顶点着色器如何融入管线，以及OpenGL ES 着色语言中可用于顶点着色器的特殊变量；第9章和第10章介绍片段着色器，包括多重纹理、雾化、Alpha测试和用户裁剪平面等；第11章讨论片段操作，包括剪裁测试、模板测试、深度测试、多重采样、混合和抖动；第12章介绍使用帧缓冲区对象渲染屏幕外表面；第13章讨论同步对象和栅栏的使用方法；第14章介绍OpenGL ES 3.0高级编程，包含使用法线贴图的逐像素照明、环境贴图、粒子系统、图像后处理、程序纹理、阴影贴图、地形渲染和投影纹理等渲染技术。；第15章提供OpenGL ES 3.0中各种可用状态查询的参考；第16章讨论如何为iOS 7、Android 4.3 NDK、Android 4.3 SDK、Windows和Linux构建OpenGL ES样板代码。

Dan Ginsburg，Upsample Software公司创始人，该软件公司提供3D图形和GPU计算的咨询服务。Dan参与撰写了多部著作，包括《OpenCL 编程指南》和《OpenGL Shading Language》（第3版）。在过去的工作中，Dan曾经开发OpenGL驱动程序、桌面和手持3D演示、GPU开发人员工具、3D医学显示和游戏。

Budirijanto Purnomo，AMD公司高级软件架构师，领导跨越多个AMD软件栈的GPU调试和剖析技术的软件实现工作。他与多位AMD的软件和硬件架构师协作，定义用于调试和剖析GPU应用的未来硬件架构。他曾在国际会议上发表过许多与计算机图形技术相关的论文。

Dave Shreiner，ARM公司图形与GPU计算部门主管，自从OpenGL诞生之日起就积极地参与到它的开发当中。他创建了OpenGL的个商业培训课程，并且拥有超过20年的OpenGL编程教学经验。

★作为一名图形技术人员和认真的OpenGL ES开发人员，我真心诚意地认为，如果你只购买一本有关OpenGL ES 3.0编程的书籍，那么就应该是买这本书。Dan和 Budirijanto的这本书很明显是程序员写给程序员的书，任何对OpenGL ES 3.0感兴趣的人都有必要阅读它。你会发现在编程过程中，你将会一次又一次地打开本书，而不是阅读OpenGL ES 的规范。我极力推荐你阅读它！
—— Rick Tewell，Freescale图形技术架构师

★本书用清晰、全面的解释和大量示例，介绍了OpenGL ES的版本，任何开发移动应用的人的桌面上都应该有它。
—— Dave Astle，高通公司图形工具主管，GameDev.net创始人

本书赞誉
译者序
序
前言
致谢
第1章OpenGL ES 3.0简介
1.1OpenGL ES 3.0
1.1.1顶点着色器
1.1.2图元装配
1.1.3光栅化
1.1.4片段着色器
1.1.5逐片段操作
1.2OpenGL ES 3.0新功能
1.2.1纹理
1.2.2着色器
1.2.3几何形状
1.2.4缓冲区对象
1.2.5帧缓冲区
1.3OpenGL ES 3.0和向后兼容性
1.4EGL
1.4.1使用OpenGL ES 3.0编程
1.4.2库和包含文件
1.5EGL命令语法
1.6OpenGL ES命令语法
1.7错误处理
1.8基本状态管理
1.9延伸阅读
第2章你好，三角形：一个OpenGL ES 3.0示例
2.1代码框架
2.2示例下载位置
2.3"你好，三角形"（Hello Triangle）示例
2.4使用OpenGL ES 3.0框架
2.5创建简单的顶点和片段着色器
2.6编译和加载着色器
2.7创建一个程序对象并链接着色器
2.8设置视口和清除颜色缓冲区
2.9加载几何形状和绘制图元
2.10显示后台缓冲区
2.11小结
第3章EGL简介
3.1与窗口系统通信
3.2检查错误
3.3初始化EGL
3.4确定可用表面配置
3.5查询EGLConf?ig属性
3.6让EGL选择配置
3.7创建屏幕上的渲染区域：EGL窗口
3.8创建屏幕外渲染区域：EGL Pbuffer
3.9创建一个渲染上下文
3.10指定某个EGLContext为当前上下文
3.11结合所有EGL知识
3.12同步渲染
3.13小结
第4章着色器和程序
4.1着色器和程序
4.1.1创建和编译一个着色器
4.1.2创建和链接程序
4.2统一变量和属性
4.2.1获取和设置统一变量
4.2.2统一变量缓冲区对象
4.2.3获取和设置属性
4.3着色器编译器
4.4程序二进制码
4.5小结
第5章OpenGL ES着色语言
5.1OpenGL ES着色语言基础知识
5.2着色器版本规范
5.3变量和变量类型
5.4变量构造器
5.5向量和矩阵分量
5.6常量
5.7结构
5.8数组
5.9运算符
5.10函数
5.11内建函数
5.12控制流语句
5.13统一变量
5.14统一变量块
5.15顶点和片段着色器输入/输出
5.16插值限定符
5.17预处理器和指令
5.18统一变量和插值器打包
5.19精度限定符
5.20不变性
5.21小结
第6章顶点属性、顶点数组和缓冲区对象
6.1指定顶点属性数据
6.1.1常量顶点属性
6.1.2顶点数组
6.2在顶点着色器中声明顶点属性变量
6.3顶点缓冲区对象
6.4顶点数组对象
6.5映射缓冲区对象
6.6复制缓冲区对象
6.7小结
第7章图元装配和光栅化
7.1图元
7.1.1三角形
7.1.2直线
7.1.3点精灵
7.2绘制图元
7.2.1图元重启
7.2.2驱动顶点
7.2.3几何形状实例化
7.2.4性能提示
7.3图元装配
7.3.1坐标系统
7.3.2透视分割
7.3.3视口变换
7.4光栅化
7.4.1剔除
7.4.2多边形偏移
7.5遮挡查询
7.6小结
第8章顶点着色器
8.1顶点着色器概述
8.1.1顶点着色器内建变量
8.1.2精度限定符
8.1.3顶点着色器中的统一变量限制数量
8.2顶点着色器示例
8.2.1矩阵变换
8.2.2顶点着色器中的照明
8.3生成纹理坐标
8.4顶点蒙皮
8.5变换反馈
8.6顶点纹理
8.7将OpenGL ES 1.1顶点管线作为ES 3.0顶点着色器
8.8小结
第9章纹理
9.1纹理基础
9.1.12D纹理
9.1.2立方图纹理
9.1.33D纹理
9.1.42D纹理数组
9.1.5纹理对象和纹理的加载
9.1.6纹理过滤和mip贴图
9.1.7自动mip贴图生成
9.1.8纹理坐标包装
9.1.9纹理调配
9.1.10纹理细节级别
9.1.11深度纹理对比（百分比渐进过滤）
9.1.12纹理格式
9.1.13在着色器中使用纹理
9.1.14使用立方图纹理的示例
9.1.15加载3D纹理和2D纹理数组
9.2压缩纹理
9.3纹理子图像规范
9.4从颜色缓冲区复制纹理数据
9.5采样器对象
9.6不可变纹理
9.7像素解包缓冲区对象
9.8小结
第10章片段着色器
10.1固定功能片段着色器
10.2片段着色器概述
10.2.1内建特殊变量
10.2.2内建常量
10.2.3精度限定符
10.3用着色器实现固定功能技术
10.3.1多重纹理
10.3.2雾化
10.3.3Alpha测试（使用Discard）
10.3.4用户裁剪平面
10.4小结
第11章片段操作
11.1缓冲区
11.1.1请求更多缓冲区
11.1.2清除缓冲区
11.1.3用掩码控制帧缓冲区的写入
11.2片段测试和操作
11.2.1使用剪裁测试
11.2.2模板缓冲区测试
11.3混合
11.4抖动
11.5多重采样抗锯齿
11.6在帧缓冲区读取和写入像素
11.7多重渲染目标
11.8小结
第12章帧缓冲区对象
12.1为什么使用帧缓冲区对象
12.2帧缓冲区和渲染缓冲区对象
12.2.1选择渲染缓冲区与纹理作为帧缓冲区附着的对比
12.2.2帧缓冲区对象与EGL表面的对比
12.3创建帧缓冲区和渲染缓冲区对象
12.4使用帧缓冲区对象
12.4.1多重采样渲染缓冲区
12.4.2渲染缓冲区格式
12.5使用帧缓冲区对象
12.5.1连接渲染缓冲区作为帧缓冲区附着
12.5.2连接一个2D纹理作为帧缓冲区附着
12.5.3连接3D纹理的一个图像作为帧缓冲区附着
12.5.4检查帧缓冲区完整性
12.6帧缓冲区位块传送
12.7帧缓冲区失效
12.8删除帧缓冲区和渲染缓冲区对象
12.9删除用作帧缓冲区附着的渲染缓冲区对象
12.10示例
12.11性能提示和技巧
12.12小结
第13章同步对象和栅栏
13.1刷新和结束
13.2为什么使用同步对象
13.3创建和删除同步对象
13.4等待和向同步对象发送信号
13.5示例
13.6小结
第14章OpenGL ES 3.0高级编程
14.1逐片段照明
14.1.1使用法线贴图的照明
14.1.2照明着色器
14.1.3照明方程式
14.2环境贴图
14.3使用点精灵的粒子系统
14.3.1粒子系统设置
14.3.2粒子系统顶点着色器
14.3.3粒子系统片段着色器
14.4使用变换反馈的粒子系统
14.4.1粒子系统渲染算法
14.4.2使用变换反馈发射粒子
14.4.3渲染粒子
14.5图像后处理
14.5.1渲染到纹理设置
14.5.2模糊片段着色器
14.5.3眩光
14.6投影纹理
14.6.1投影纹理基础
14.6.2投影纹理所用的矩阵
14.6.3投影聚光灯着色器
14.7使用3D纹理的噪声
14.7.1生成噪声
14.7.2使用噪声
14.8过程纹理
14.8.1过程纹理示例
14.8.2过程纹理的抗锯齿
14.8.3关于过程纹理的延伸阅读
14.9用顶点纹理读取渲染地形
14.9.1生成一个正方形的地形网格
14.9.2在顶点着色器中计算顶点法线并读取高度值
14.9.3大型地形渲染的延伸阅读
14.10使用深度纹理的阴影
14.10.1从光源位置渲染到深度纹理
14.10.2从眼睛位置用深度纹理渲染
14.11小结
第15章状态查询
15.1OpenGL ES 3.0实现字符串查询
15.2查询OpenGL ES实现决定的限制
15.3查询OpenGL ES状态
15.4提示
15.5实体名称查询
15.6不可编程操作控制和查询
15.7着色器和程序状态查询
15.8顶点属性查询
15.9纹理状态查询
15.10采样器查询
15.11异步对象查询
15.12同步对象查询
15.13顶点缓冲区查询
15.14渲染缓冲区和帧缓冲区状态查询
15.15小结
第16章OpenGL ES平台
16.1在包含Visual Studio的Microsoft Windows上构建
16.2在Ubuntu Linux上构建
16.3在Android 4.3+ NDK （C++）上构建
16.3.1先决条件
16.3.2用Android NDK构建示例代码
16.4在Android 4.3+ SDK上构建（Java）
16.5在iOS 7上构建
16.5.1先决条件
16.5.2用Xcode 5构建示例代码
16.6小结
附录AGL_HALF_FLOAT
附录B内 建 函 数
附录CES框架API

OpenGL ES 3.0是在手持设备和嵌入式设备上渲染复杂3D图形的软件接口。OpenGL ES是具有可编程3D硬件的手持和嵌入式设备（包括手机、个人数字助理（PDA）、控制台、家用设备、车辆和航空电子设备）的主要图形程序库。本书详细地介绍了整个OpenGL ES 3.0应用程序编程接口（API）和管线，并包含详细的例子，为手持设备的各种高性能3D应用的开发提供指导。
目标读者
本书是为对学习OpenGL ES 3.0感兴趣的开发人员所写的，我们希望读者在计算机图形学领域有一定的基础。在正文部分我们解释了许多相关的图形学概念，因为它们与OpenGL ES 3.0的各个部分有关，但是我们期望读者理解基本的3D概念。本书中的代码示例都以C语言编写。我们假定读者熟悉C或者C++，并且只介绍与OpenGL ES 3.0相关的语言主题。
读者将学到有关图形管线各个方面的设置和编程的知识。本书详细介绍了如何编写顶点和片段着色器，以及如何实现逐像素照明和粒子系统等高级渲染技术。此外，书中还提供性能提示以及有效使用API和硬件的技巧。
完成本书的学习之后，读者就能为编写充分利用嵌入式图形硬件可编程能力的OpenGL ES 3.0应用做好准备。
本书的组织结构
本书将顺序介绍API，帮助你逐步形成对OpenGL ES 3.0的认识。
第1章——OpenGL ES 3.0简介
第1章简单介绍OpenGL ES，概述了OpenGL ES 3.0图形管线，讨论了OpenGL ES 3.0的设计理念和限制，最后介绍了OpenGL ES 3.0中使用的一些约定和类型。
第2章——你好，三角形：一个OpenGL ES 3.0示例
第2章介绍绘制三角形的一个简单OpenGL ES 3.0示例。我们的目的是说明OpenGL ES 3.0程序的样子，向读者介绍一些API概念，并说明如何构建和运行OpenGL ES 3.0示例程序。
第3章——EGL简介
第3章介绍EGL——为OpenGL ES 3.0创建表面和渲染上下文的API。我们说明与原生窗口系统通信、选择配置和创建EGL渲染上下文及表面的方法，传授足够多的EGL知识，你可以了解到启动OpenGL ES 3.0进行渲染所需的所有知识。
第4章——着色器和程序
着色器对象和程序对象是OpenGL ES 3.0中最基本的对象。第4章介绍创建着色器对象、编译着色器和检查编译错误的方法。这一章还说明如何创建程序对象、将着色器对象连接到程序对象以及链接最终程序对象的方法。我们讨论如何查询程序对象的信息以及加载统一变量（uniform）的方法。此外，你将学习有关源着色器和程序二进制代码之间的差别以及它们的使用方法。
第5章——OpenGL ES着色语言
第5章介绍编写着色器所需的着色语言的基础知识。这些着色语言基础知识包括变量和类型、构造器、结构、数组、统一变量、统一变量块（uniform block）和输入/输出变量。该章还描述着色语言的某些更细微的部分，例如精度限定符和不变性。
第6章——顶点属性、顶点数组和缓冲区对象
从第6章开始（到第11章为止），我们将详细介绍管线，教授设置和编程图形管线各个部分的方法。这一旅程从介绍几何形状输入图形管线的方法开始，包含了对顶点属性、顶点数组和缓冲区对象的讨论。
第7章——图元装配和光栅化
在前一章讨论几何形状输入图形管线的方法之后，第7章将讨论几何形状如何装配成图元，介绍OpenGL ES 3.0中所有可用的图元类型，包括点精灵、直线、三角形、三角形条带和三角扇形。此外，我们还说明了在顶点上进行坐标变换的方法，并简单介绍了OpenGL ES 3.0管线的光栅化阶段。
第8章——顶点着色器
我们所介绍的管线的下一部分是顶点着色器。第8章概述了顶点着色器如何融入管线以及OpenGL ES 着色语言中可用于顶点着色器的特殊变量，介绍了多个顶点着色器的示例，包括逐像素照明和蒙皮（skinning）。我们还给出了用顶点着色器实现OpenGL ES 1.0（和1.1）固定功能管线的示例。
第9章——纹理
第9章开始介绍片段着色器，描述OpenGL ES 3.0中所有可用的纹理功能。该章提供了创建纹理、加载纹理数据以及纹理渲染的细节，描述了纹理包装模式、纹理过滤、纹理格式、压缩纹理、采样器对象、不可变纹理、像素解包缓冲区对象和Mip贴图。该章介绍了OpenGL ES 3.0支持的所有纹理类型：2D纹理、立方图、2D纹理数组和3D纹理。
第10章——片段着色器
第9章的重点是如何在片段着色器中使用纹理，第10章介绍编写片段着色器所需知道的其他知识。该章概述了片段着色器和所有可用的特殊内建变量，还演示了用片段着色器实现OpenGL ES 1.1中所有固定功能技术的方法。多重纹理、雾化、Alpha测试和用户裁剪平面的例子都使用片段着色器实现。
第11章——片段操作
第11章讨论可以适用于整个帧缓冲区或者在OpenGL ES 3.0片段管线中执行片段着色器后适用于单个片段的操作。这些操作包括剪裁测试、模板测试、深度测试、多重采样、混合和抖动。本章介绍OpenGL ES 3.0图形管线的最后阶段。
第12章——帧缓冲区对象
第12章讨论使用帧缓冲区对象渲染屏幕外表面。帧缓冲区对象有多种用法，最常见的是渲染到一个纹理。本章提供API帧缓冲区对象部分的完整概述。理解帧缓冲区对象对于实现许多高级特效（如反射、阴影贴图和后处理）至关重要。
第13章——同步对象和栅栏
第13章概述同步对象和栅栏，它们是在OpenGL ES 3.0主机应用和GPU执行中同步的有效图元。我们讨论同步对象和栅栏的使用方法，并以一个示例作为结束。
第14章——OpenGL ES 3.0高级编程
第14章是核心章节，将本书介绍的许多主题串联在一起。我们已经选择了高级渲染技术的一个样本，并展示了实现这些功能的示例。该章包含使用法线贴图的逐像素照明、环境贴图、粒子系统、图像后处理、程序纹理、阴影贴图、地形渲染和投影纹理等渲染技术。
第15章——状态查询
OpenGL ES 3.0中有大量的状态查询。对于你的几乎任何设置，都有获取当前值的对应方法。第15章提供了OpenGL ES 3.0中各种可用状态查询的参考。
第16章——OpenGL ES平台
在最后一章中，我们抛开API的细节，讨论如何为iOS 7、Android 4.3 NDK、Android 4.3 SDK、Windows和Linux构建OpenGL ES样板代码。该章的意图是作为一个指南，帮助你在所选择的OpenGL ES 3.0平台上建立和运行样板代码。
附录A——GL_HALF_FLOAT
附录A详细介绍半浮点格式，并提供如何从IEEE浮点值转换为半浮点值（以及相反方向的转换）的参考。
附录B——内建函数
附录B提供了OpenGL ES着色语言中所有可用的内建函数。
附录C——ES框架API
附录C提供了我们为本书开发的实用框架的参考，并说明了每个函数的作用。
OpenGL ES 3.0参考卡片
本书正文前面有几页OpenGL ES 3.0参考卡片，版权归Khronos所有，并授权我们使用。该参考卡片包含了OpenGL ES 3.0中所有函数的完整列表以及OpenGL ES着色语言中的所有类型、操作符、限定符、内建函数和函数。
代码和着色器示例
本书包括大量程序和着色器示例。你可以从本书英文版网站（opengles-book.com）上下载这些示例，该网站提供了寄存本书代码的github.com网站链接。在写作本书时，示例程序已在iOS7、Android 4.3 NDK、 Android 4.3 SDK、 Windows （OpenGL ES 3.0 Emulation）和 Ubuntu Linux上编译和测试过。该网站提供了任何必要工具的下载链接。
致谢 Acknowledgements
我要感谢Affie Munshi和 Dave Shreiner对本书第1版做出的巨大贡献，非常感谢Budi Purnomo和我一起将本书更新到OpenGL ES 3.0。我还要感谢多年来一起工作的同事，他们对我在计算机图形学、OpenGL和OpenGL ES上的教育给予了许多帮助。需要感谢的人很多，无法一一列出，特别要感谢Shawn Leaf、 Bill Licea-Kane、 Maurice Ribble、 Benj Lipchak、 Roger Descheneaux、 David Gosselin、 Thorsten Scheuermann、 John Isidoro、 Chris Oat、 Jason Mitchell、 Dan Gessel和 Evan Hart。
我要特别感谢我的妻子Sofia，感谢她在我忙于本书时对我的支持。我还要感谢我的儿子Ethan，他出生于本书写作期间，他的笑声每天都给我带来欢乐。
——Dan Ginsburg
我要向Dan Ginsburg致以深深的谢意，感谢他给我提供机会为本书做出贡献。感谢我的经理Callan McInally和AMD所有同事对我的支持。我还要感谢过去的教授——Jonathan Cohen、Subodh Kumar、 Ching-Kuang Shene和John Lowther，感谢他们带我进入计算机图形和OpenGL的世界。
我要感谢父母和姐妹无条件的爱。特别感谢我了不起的妻子——Liana Hadi，她的爱和支持帮助我完成了这个项目。感谢我的女儿Michelle Lo 和 Scarlett Lo，她们是我生命中的阳光。
—— Budi Purnomo
我们都要感谢Neil Trevett为本书作序，并从Khronos发起人委员会获得批准，允许我们在附录B中使用来自OpenGL ES着色语言规范的文本以及OpenGL ES 3.0参考卡片。特别感激评阅人宝贵的反馈——Maurice Ribble、Peter Lohrmann和 Emmanuel Agu。我们还要感谢本书第1版的技术评审——Brian Collins、 Chris Grimm、 Jeremy Sandmel、 Tom Olson和 Adam Smith。
对Addison-Wesley的编辑Laura Lewin，我们亏欠她太多了，她对本书创作的每个方面都给予了很多帮助。Addison-Wesley的许多人都对本书的编辑做出了宝贵的贡献，对此我们深深感激，这些人包括Debra Williams Cauley、Olivia Basegio、 Sheri Cain和Curt Johnson等。
我们要感谢第1版的读者，他们报告书中的错误并改进样板代码，对我们的帮助很大。特别要感谢读者Javed Rabbani Shah，他用Java将OpenGL ES 3.0样板代码移植到Android 4.3 SDK中。他还帮助我们进行Android NDK的移植，并解决了许多设备特定问题。我们感谢Jarkko Vatjus-Anttila提供Linux X11移植，Eduardo Pelegri-Llopart 和Darryl Gough将第1版的代码移植到BlackBerry Native SDK中。
深深感谢OpenGL ARB、OpenGL ES工作组和所有对OpenGL ES开发做出贡献的人。