Real-Time Rendering, Third Edition

Front cover......Page 1
Title page......Page 3
Date-line......Page 4
Dedication......Page 5
Contents......Page 7
Preface......Page 13
1 Introduction......Page 19
1.1 Contents Overview......Page 20
1.2 Notation and Definitions......Page 22
2 The Graphics Rendering Pipeline......Page 29
2.1 Architecture......Page 30
2.2 The Application Stage......Page 32
2.3 The Geometry Stage......Page 33
2.4 The Rasterizer Stage......Page 39
2.5 Through the Pipeline......Page 43
3 The Graphics Processing Unit......Page 47
3.2 The Programmable Shader Stage......Page 48
3.3 The Evolution of Programmable Shading......Page 51
3.4 The Vertex Shader......Page 56
3.5 The Geometry Shader......Page 58
3.6 The Pixel Shader......Page 60
3.7 The Merging Stage......Page 62
3.8 Effects......Page 63
4 Transforms......Page 71
4.1 Basic Transforms......Page 73
4.2 Special Matrix Transforms and Operations......Page 83
4.3 Quaternions......Page 90
4.4 Vertex Blending......Page 98
4.5 Morphing......Page 103
4.6 Projections......Page 107
5.1 Visual Phenomena......Page 117
5.2 Light Sources......Page 118
5.3 Material......Page 122
5.4 Sensor......Page 125
5.5 Shading......Page 128
5.6 Aliasing and Antialiasing......Page 134
5.7 Transparency, Alpha, and Compositing......Page 152
5.8 Gamma Correction......Page 159
6 Texturing......Page 165
6.1 The Texturing Pipeline......Page 166
6.2 Image Texturing......Page 174
6.3 Procedural Texturing......Page 196
6.5 Material Mapping......Page 198
6.6 Alpha Mapping......Page 199
6.7 Bump Mapping......Page 201
7 Advanced Shading......Page 219
7.1 Radiometry......Page 220
7.2 Photometry......Page 227
7.3 Colorimetry......Page 228
7.4 Light Source Types......Page 235
7.5 BRDF Theory......Page 241
7.6 BRDF Models......Page 269
7.7 BRDF Acquisition and Representation......Page 282
7.8 Implementing BRDFs......Page 287
7.9 Combining Lights and Materials......Page 293
8 Area and Environmental Lighting......Page 303
8.1 Radiometry for Arbitrary Lighting......Page 304
8.2 Area Light Sources......Page 307
8.3 Ambient Light......Page 313
8.4 Environment Mapping......Page 315
8.5 Glossy Reflections from Environment Maps......Page 326
8.6 Irradiance Environment Mapping......Page 332
9 Global Illumination......Page 345
9.1 Shadows......Page 349
9.2 Ambient Occlusion......Page 391
9.3 Reflections......Page 404
9.4 Transmittance......Page 410
9.5 Refractions......Page 414
9.6 Caustics......Page 417
9.7 Global Subsurface Scattering......Page 419
9.8 Full Global Illumination......Page 425
9.9 Precomputed Lighting......Page 435
9.10 Precomputed Occlusion......Page 443
9.11 Precomputed Radiance Transfer......Page 448
10 Image-Based Effects......Page 457
10.2 Fixed-View Effects......Page 458
10.3 Skyboxes......Page 461
10.4 Light Field Rendering......Page 462
10.5 Sprites and Layers......Page 463
10.6 Billboarding......Page 464
10.7 Particle Systems......Page 473
10.8 Displacement Techniques......Page 481
10.9 Image Processing......Page 485
10.10 Color Correction......Page 492
10.11 Tone Mapping......Page 493
10.12 Lens Flare and Bloom......Page 500
10.13 Depth of Field......Page 504
10.14 Motion Blur......Page 508
10.15 Fog......Page 514
10.16 Volume Rendering......Page 520
11 Non-Photorealistic Rendering......Page 525
11.1 Toon Shading......Page 526
11.2 Silhouette Edge Rendering......Page 528
11.3 Other Styles......Page 541
11.4 Lines......Page 545
12 Polygonal Techniques......Page 549
12.1 Sources of Three-Dimensional Data......Page 550
12.2 Tessellation and Triangulation......Page 552
12.3 Consolidation......Page 559
12.4 Triangle Fans, Strips, and Meshes......Page 565
12.5 Simplification......Page 579
13 Curves and Curved Surfaces......Page 593
13.1 Parametric Curves......Page 594
13.2 Parametric Curved Surfaces......Page 610
13.3 Implicit Surfaces......Page 624
13.4 Subdivision Curves......Page 626
13.5 Subdivision Surfaces......Page 629
13.6 Efficient Tessellation......Page 647
14 Acceleration Algorithms......Page 663
14.1 Spatial Data Structures......Page 665
14.2 Culling Techniques......Page 678
14.3 Hierarchical View Frustum Culling......Page 682
14.4 Portal Culling......Page 685
14.6 Occlusion Culling......Page 688
14.7 Level of Detail......Page 698
14.9 Point Rendering......Page 711
15 Pipeline Optimization......Page 715
15.1 Profiling Tools......Page 716
15.2 Locating the Bottleneck......Page 717
15.3 Performance Measurements......Page 720
15.4 Optimization......Page 721
15.5 Multiprocessing......Page 734
16 Intersection Test Methods......Page 743
16.1 Hardware-Accelerated Picking......Page 744
16.2 Definitions and Tools......Page 745
16.3 Bounding Volume Creation......Page 750
16.4 Geometric Probability......Page 753
16.5 Rules of Thumb......Page 755
16.6 Ray/Sphere Intersection......Page 756
16.7 Ray/Box Intersection......Page 759
16.8 Ray/Triangle Intersection......Page 764
16.9 Ray/Polygon Intersection......Page 768
16.10 Plane/Box Intersection Detection......Page 773
16.11 Triangle/Triangle Intersection......Page 775
16.12 Triangle/Box Overlap......Page 778
16.13 BV/BV Intersection Tests......Page 780
16.14 View Frustum Intersection......Page 789
16.15 Shaft/Box and Shaft/Sphere Intersection......Page 796
16.16 Line/Line Intersection Tests......Page 798
16.17 Intersection Between Three Planes......Page 800
16.18 Dynamic Intersection Testing......Page 801
17 Collision Detection......Page 811
17.1 Collision Detection with Rays......Page 813
17.2 Dynamic CD using BSP Trees......Page 815
17.3 General Hierarchical Collision Detection......Page 820
17.4 OBBTree......Page 825
17.5 A Multiple Objects CD System......Page 829
17.6 Miscellaneous Topics......Page 834
17.7 Other Work......Page 844
18.1 Buffers and Buffering......Page 847
18.2 Perspective-Correct Interpolation......Page 856
18.3 Architecture......Page 858
18.4 Case Studies......Page 877
19.1 Everything Else......Page 897
19.2 You......Page 903
A.1 Euclidean Space......Page 907
A.2 Geometrical Interpretation......Page 910
A.3 Matrices......Page 915
A.4 Homogeneous Notation......Page 923
A.5 Geometry......Page 924
B.1 Definitions......Page 931
B.2 Trigonometric Laws and Formulae......Page 933
Bibliography......Page 939
Index......Page 1021
Back cover......Page 1046