The Official Guide to Learning OpenGL, Versions 3.0 and 3.1, 7th Edition

Cover......Page 1
Contents......Page 8
Figures......Page 22
Tables......Page 26
Examples......Page 30
 What This Guide Contains......Page 36
 What\'s New in This Edition......Page 39
 What You Should Know Before Reading This Guide......Page 41
 How to Obtain the Sample Code......Page 42
 Style Conventions......Page 43
 Distinguishing Deprecated Features......Page 44
Acknowledgments......Page 46
1. Introduction to OpenGL......Page 52
 What Is OpenGL?......Page 53
 A Smidgen of OpenGL Code......Page 56
 OpenGL Command Syntax......Page 58
 OpenGL as a State Machine......Page 60
 OpenGL Rendering Pipeline......Page 61
  Evaluators......Page 62
  Primitive Assembly......Page 63
  Texture Assembly......Page 64
 OpenGL-Related Libraries......Page 65
  Include Files......Page 66
  GLUT, the OpenGL Utility Toolkit......Page 68
 Animation......Page 73
  The Refresh That Pauses......Page 74
  Motion = Redraw + Swap......Page 75
  OpenGL Contexts......Page 78
  Accessing OpenGL Functions......Page 80
2. State Management and Drawing Geometric Objects......Page 82
  Clearing the Window......Page 85
  Specifying a Color......Page 88
  Forcing Completion of Drawing......Page 89
  Coordinate System Survival Kit......Page 91
  What Are Points, Lines, and Polygons?......Page 93
  Specifying Vertices......Page 97
  OpenGL Geometric Drawing Primitives......Page 98
 Basic State Management......Page 104
  Point Details......Page 106
  Line Details......Page 107
  Polygon Details......Page 111
 Normal Vectors......Page 119
 Vertex Arrays......Page 121
  Step 1: Enabling Arrays......Page 123
  Step 2: Specifying Data for the Arrays......Page 124
  Step 3: Dereferencing and Rendering......Page 128
  Restarting Primitives......Page 134
  Instanced Drawing......Page 137
  Interleaved Arrays......Page 139
 Buffer Objects......Page 142
  Creating Buffer Objects......Page 143
  Allocating and Initializing Buffer Objects with Data......Page 144
  Updating Data Values in Buffer Objects......Page 147
  Copying Data Between Buffer Objects......Page 152
  Using Buffer Objects with Vertex-Array Data......Page 153
 Vertex-Array Objects......Page 155
 Attribute Groups......Page 161
 Some Hints for Building Polygonal Models of Surfaces......Page 164
  An Example: Building an Icosahedron......Page 166
3. Viewing......Page 174
 Overview: The Camera Analogy......Page 177
  A Simple Example: Drawing a Cube......Page 180
  General-Purpose Transformation Commands......Page 185
  Thinking about Transformations......Page 188
  Modeling Transformations......Page 191
  Viewing Transformations......Page 197
 Projection Transformations......Page 203
  Perspective Projection......Page 204
  Orthographic Projection......Page 207
 Viewport Transformation......Page 209
  Defining the Viewport......Page 210
  The Transformed Depth Coordinate......Page 212
 Troubleshooting Transformations......Page 213
 Manipulating the Matrix Stacks......Page 215
  The Modelview Matrix Stack......Page 218
 Additional Clipping Planes......Page 219
  Building a Solar System......Page 223
  Building an Articulated Robot Arm......Page 226
 Reversing or Mimicking Transformations......Page 230
4. Color......Page 236
 Color Perception......Page 237
 Computer Color......Page 239
 RGBA versus Color-Index Mode......Page 241
  RGBA Display Mode......Page 242
  Color-Index Display Mode......Page 244
  Choosing between RGBA and Color-Index Mode......Page 246
 Specifying a Color and a Shading Model......Page 247
  Specifying a Color in RGBA Mode......Page 248
  Specifying a Color in Color-Index Mode......Page 250
  Specifying a Shading Model......Page 251
5. Lighting......Page 254
 A Hidden-Surface Removal Survival Kit......Page 256
 Real-World and OpenGL Lighting......Page 258
  Ambient, Diffuse, Specular, and Emissive Light......Page 259
  RGB Values for Lights and Materials......Page 260
 A Simple Example: Rendering a Lit Sphere......Page 261
 Creating Light Sources......Page 265
  Color......Page 267
  Position and Attenuation......Page 268
  Spotlights......Page 270
  Multiple Lights......Page 271
 Selecting a Lighting Model......Page 278
  Global Ambient Light......Page 279
  Two-Sided Lighting......Page 280
  Secondary Specular Color......Page 281
 Defining Material Properties......Page 282
  Diffuse and Ambient Reflection......Page 284
  Emission......Page 285
  Changing Material Properties......Page 286
  Color Material Mode......Page 288
 The Mathematics of Lighting......Page 291
  Material Emission......Page 292
  Contributions from Light Sources......Page 293
  Putting It All Together......Page 295
  Secondary Specular Color......Page 296
 Lighting in Color-Index Mode......Page 297
  The Mathematics of Color-Index Mode Lighting......Page 298
6. Blending, Antialiasing, Fog, and Polygon Offset......Page 300
 Blending......Page 302
  The Source and Destination Factors......Page 303
  Combining Pixels Using Blending Equations......Page 306
  Sample Uses of Blending......Page 309
  A Blending Example......Page 311
  Three-Dimensional Blending with the Depth Buffer......Page 314
 Antialiasing......Page 318
  Antialiasing Points or Lines......Page 320
  Antialiasing Geometric Primitives with Multisampling......Page 326
  Antialiasing Polygons......Page 330
 Fog......Page 331
  Using Fog......Page 332
  Fog Equations......Page 335
 Point Parameters......Page 342
 Polygon Offset......Page 344
7. Display Lists......Page 348
 Why Use Display Lists?......Page 349
 An Example of Using a Display List......Page 350
 Display List Design Philosophy......Page 353
 Creating and Executing a Display List......Page 356
  Naming and Creating a Display List......Page 357
  What\'s Stored in a Display List?......Page 358
  Executing a Display List......Page 360
  Hierarchical Display Lists......Page 361
  Managing Display List Indices......Page 362
 Executing Multiple Display Lists......Page 363
 Managing State Variables with Display Lists......Page 369
  Encapsulating Mode Changes......Page 370
8. Drawing Pixels, Bitmaps, Fonts, and Images......Page 372
 Bitmaps and Fonts......Page 374
  The Current Raster Position......Page 376
  Drawing the Bitmap......Page 378
  Choosing a Color for the Bitmap......Page 379
  Fonts and Display Lists......Page 380
  Defining and Using a Complete Font......Page 382
  Reading, Writing, and Copying Pixel Data......Page 384
 Imaging Pipeline......Page 394
  Pixel Packing and Unpacking......Page 397
  Controlling Pixel-Storage Modes......Page 398
  Pixel-Transfer Operations......Page 402
  Pixel Mapping......Page 405
  Magnifying, Reducing, or Flipping an Image......Page 407
  The Pixel Rectangle Drawing Process......Page 410
 Using Buffer Objects with Pixel Rectangle Data......Page 413
  Using Buffer Objects to Transfer Pixel Data......Page 414
  Using Buffer Objects to Retrieve Pixel Data......Page 416
 Tips for Improving Pixel Drawing Rates......Page 417
 Imaging Subset......Page 418
  Color Tables......Page 420
  Convolutions......Page 425
  Color Matrix......Page 433
  Histogram......Page 434
  Minmax......Page 438
9. Texture Mapping......Page 440
  Steps in Texture Mapping......Page 446
  A Sample Program......Page 448
 Specifying the Texture......Page 451
  Texture Proxy......Page 457
  Replacing All or Part of a Texture Image......Page 459
  One-Dimensional Textures......Page 463
  Three-Dimensional Textures......Page 465
  Texture Arrays......Page 470
  Compressed Texture Images......Page 471
  Mipmaps: Multiple Levels of Detail......Page 474
 Filtering......Page 485
 Texture Objects......Page 488
  Creating and Using Texture Objects......Page 489
  Cleaning Up Texture Objects......Page 492
  A Working Set of Resident Textures......Page 493
 Texture Functions......Page 495
 Assigning Texture Coordinates......Page 499
  Computing Appropriate Texture Coordinates......Page 501
  Repeating and Clamping Textures......Page 503
 Automatic Texture-Coordinate Generation......Page 508
  Creating Contours......Page 509
  Sphere Map......Page 514
  Cube Map Textures......Page 516
 Multitexturing......Page 518
 Texture Combiner Functions......Page 523
  The Interpolation Combiner Function......Page 528
  Secondary Color When Lighting Is Disabled......Page 529
 Point Sprites......Page 530
 The Texture Matrix Stack......Page 532
  Creating a Shadow Map......Page 534
  Generating Texture Coordinates and Rendering......Page 536
10. The Framebuffer......Page 540
 Buffers and Their Uses......Page 543
  Color Buffers......Page 544
  Clearing Buffers......Page 546
  Selecting Color Buffers for Writing and Reading......Page 548
  Masking Buffers......Page 550
 Testing and Operating on Fragments......Page 552
  Alpha Test......Page 553
  Stencil Test......Page 555
  Depth Test......Page 561
  Occlusion Query......Page 562
  Conditional Rendering......Page 565
  Blending, Dithering, and Logical Operations......Page 566
 The Accumulation Buffer......Page 569
  Depth of Field......Page 571
  Jittering......Page 576
 Framebuffer Objects......Page 577
  Renderbuffers......Page 580
  Copying Pixel Rectangles......Page 590
11. Tessellators and Quadrics......Page 592
 Polygon Tessellation......Page 593
  Tessellation Callback Routines......Page 595
  Tessellation Properties......Page 600
  Polygon Definition......Page 605
  Describing GLU Errors......Page 608
  Backward Compatibility......Page 609
 Quadrics: Rendering Spheres, Cylinders, and Disks......Page 610
  Managing Quadrics Objects......Page 611
  Controlling Quadrics Attributes......Page 612
  Quadrics Primitives......Page 614
12. Evaluators and NURBS......Page 620
 Prerequisites......Page 622
  One-Dimensional Evaluators......Page 623
  Two-Dimensional Evaluators......Page 629
  Using Evaluators for Textures......Page 635
 The GLU NURBS Interface......Page 637
  A Simple NURBS Example......Page 638
  Managing a NURBS Object......Page 642
  Creating a NURBS Curve or Surface......Page 646
  Trimming a NURBS Surface......Page 652
13. Selection and Feedback......Page 656
 Selection......Page 657
  The Basic Steps......Page 658
  Creating the Name Stack......Page 659
  The Hit Record......Page 661
  A Selection Example......Page 662
  Picking......Page 665
  Hints for Writing a Program That Uses Selection......Page 676
 Feedback......Page 678
  The Feedback Array......Page 680
  A Feedback Example......Page 681
14. Now That You Know......Page 686
 Error Handling......Page 688
 Which Version Am I Using?......Page 690
 Extensions to the Standard......Page 692
  Extensions to the Standard for Microsoft Windows (WGL)......Page 694
 Cheesy Translucency......Page 695
 An Easy Fade Effect......Page 696
 Object Selection Using the Back Buffer......Page 697
 Cheap Image Transformation......Page 698
 Displaying Layers......Page 700
 Antialiased Characters......Page 701
 Making Decals......Page 704
 Drawing Filled, Concave Polygons Using the Stencil Buffer......Page 706
 Finding Interference Regions......Page 707
 Shadows......Page 709
  Hidden-Line Removal with Polygon Offset......Page 710
  Hidden-Line Removal with the Stencil Buffer......Page 711
 Texture Mapping Applications......Page 712
 Dirichlet Domains......Page 713
 Life in the Stencil Buffer......Page 715
 Alternative Uses for glDrawPixels() and glCopyPixels()......Page 716
15. The OpenGL Shading Language......Page 718
 The OpenGL Graphics Pipeline and Programmable Shading......Page 719
  Vertex Processing......Page 721
  Fragment Processing......Page 722
  A Sample Shader......Page 723
  OpenGL / GLSL Interface......Page 724
  The Starting Point......Page 732
  Declaring Variables......Page 733
  Aggregate Types......Page 735
 Uniform Blocks......Page 743
  Specifying Uniform Variables Blocks in Shaders......Page 744
  Accessing Uniform Blocks from Your Application......Page 746
  Computational Invariance......Page 752
  Statements......Page 753
  Functions......Page 757
 Accessing Texture Maps in Shaders......Page 758
 Shader Preprocessor......Page 762
  Macro Definition......Page 763
  Compiler Control......Page 764
 Extension Processing in Shaders......Page 765
 Vertex Shader Specifics......Page 766
 Transform Feedback......Page 773
 Fragment Shader Specifics......Page 778
  Rendering to Multiple Output Buffers......Page 780
A. Basics of GLUT: The OpenGL Utility Toolkit......Page 782
 Initializing and Creating a Window......Page 783
 Handling Window and Input Events......Page 784
 Initializing and Drawing Three-Dimensional Objects......Page 786
 Managing a Background Process......Page 787
 Running the Program......Page 788
B. State Variables......Page 790
 The Query Commands......Page 791
 OpenGL State Variables......Page 794
  Current Values and Associated Data......Page 795
  Vertex Array Object State......Page 797
  Transformation......Page 804
  Coloring......Page 806
  Lighting......Page 807
  Rasterization......Page 809
  Multisampling......Page 811
  Texturing......Page 812
  Pixel Operations......Page 819
  Framebuffer Control......Page 822
  Framebuffer Object State......Page 823
  Renderbuffer Object State......Page 826
  Pixels......Page 827
  Evaluators......Page 834
  Shader Object State......Page 835
  Program Object State......Page 836
  Transform Feedback State......Page 840
  Hints......Page 842
  Implementation-Dependent Values......Page 843
  Miscellaneous......Page 851
C. Homogeneous Coordinates and Transformation Matrices......Page 854
  Transforming Vertices......Page 855
 Transformation Matrices......Page 856
  Rotation......Page 857
  Perspective Projection......Page 858
  Orthographic Projection......Page 859
D. OpenGL and Window Systems......Page 860
 Accessing New OpenGL Functions......Page 861
  GLEW: The OpenGL Extension Wrangler......Page 862
 GLX: OpenGL Extension for the X Window System......Page 863
  Initialization......Page 864
  Controlling Rendering......Page 865
  GLX Prototypes......Page 867
 AGL: OpenGL Extensions for the Apple Macintosh......Page 870
  Managing an OpenGL Rendering Context......Page 871
  Updating the Rendering Buffers......Page 872
  AGL Prototypes......Page 873
 WGL: OpenGL Extension for Microsoft Windows 95/98/NT/ME/2000/XP......Page 875
  Controlling Rendering......Page 876
  WGL Prototypes......Page 878
 A......Page 882
 B......Page 883
 C......Page 884
 D......Page 887
 E......Page 889
 F......Page 890
 G......Page 891
 H......Page 892
 I......Page 893
 L......Page 895
 M......Page 896
 N......Page 897
 P......Page 898
 R......Page 900
 S......Page 901
 T......Page 903
 U......Page 904
 W......Page 905
 X......Page 906
 A......Page 908
 B......Page 909
 C......Page 910
 D......Page 911
 F......Page 913
 G......Page 914
 H......Page 922
 L......Page 923
 M......Page 924
 N......Page 925
 P......Page 926
 R......Page 929
 S......Page 930
 T......Page 931
 V......Page 934
 W......Page 935
 Z......Page 936
E. Order of Operations......Page 938
F. Programming Tips......Page 946
G. OpenGL Invariance......Page 954
H. Calculating Normal Vectors......Page 958
I. Built-In OpenGL Shading Language Variables and Functions......Page 964
J. Floating-Point Formats for Textures, Framebuffers, and Renderbuffers......Page 1002
K. RGTC Compressed Texture Format......Page 1010
L. std140 Uniform Buffer Layout......Page 1016