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第一章 绪论1

1.1 虚拟地球渲染中的挑战1

1.2 内容简介5

1.2.1 基础知识5

1.2.2 精度修正5

1.2.3 矢量数据5

1.2.4 三维球面地形构建6

1.3 OpenGlobe结构7

1.4 约定惯例9

第一部分 基础知识10

第二章 数学基础10

2.1 虚拟地球坐标系10

2.1.1 地理坐标系10

2.1.2 WGS84坐标系12

2.2 椭球体基础14

2.2.1 WGS84椭球体15

2.2.2 椭球体表面法线16

2.2.3 大地纬度和高度17

2.3 坐标变换18

2.3.1 地理坐标系向WGS84坐标系转换18

2.3.2 WGS84坐标系向地理坐标系转换21

2.4 椭球体上的曲线30

2.5 资源34

第三章 渲染设计35

3.1 渲染需求35

3.2 概要39

3.2.1 代码结构42

3.3 状态管理43

3.3.1 全局状态43

3.3.2 定义渲染状态45

3.3.3 GL状态与渲染状态同步48

3.3.4 绘图状态50

3.3.5 清除状态51

3.3.6 通过状态排序53

3.4 shader56

3.4.1 编译和连接shader56

3.4.2 顶点属性59

3.4.3 片元输出62

3.4.4 uniform单元63

3.4.5 自动的uniform单元67

3.4.6 高速缓存shader73

3.5 顶点数据76

3.5.1 顶点缓冲区77

3.5.2 引导缓冲区82

3.5.3 顶点数组83

3.5.4 GL渲染操作86

3.5.5 Direct3D中的顶点数据87

3.5.6 网格87

3.6 纹理93

3.6.1 创建纹理93

3.6.2 采样器98

3.6.3 用纹理渲染100

3.6.4 GL渲染操作101

3.6.5 Direct3D中的纹理102

3.7 帧缓冲区103

3.7.1 GL渲染操作105

3.7.2 Direct3D中的帧缓冲区106

3.8 完整流程：渲染一个三角形106

3.9 资源109

第四章 球面渲染111

4.1 分格化111

4.1.1 细分表面111

4.1.2 细分表面操作114

4.1.3 立方体图分格化117

4.1.4 地理网格分格化120

4.1.5 分格化算法比较122

4.2 着色122

4.2.1 光照122

4.2.2 纹理127

4.2.3 CPU/GPU权衡130

4.2.4 经纬度网格131

4.2.5 夜间照明134

4.3 GPU光线投射138

4.4 资源142

第二部分 精度修正144

第五章 顶点位置精度修正144

5.1 抖动产生原因145

5.1.1 浮点舍入误差146

5.1.2 导致抖动的根本原因147

5.1.3 为什么缩放不能解决抖动问题150

5.2 根据中心渲染物体150

5.3 使用CPU根据视点进行渲染155

5.4 在GPU上根据视点进行渲染158

5.4.1 通过DSFUN90提高精度160

5.4.2 精度LOD162

5.5 一些建议164

5.6 资源166

第六章 深度缓存精度168

6.1 深度缓存误差的原因169

6.1.1 最小三角分隔173

6.2 基本解决方案174

6.3 补偿深度缓存175

6.4 对数深度缓存177

6.5 多视锥体渲染179

6.5.1 性能影响181

6.6 w缓存183

6.7 算法总结183

6.8 资源184

第三部分 矢量数据185

第七章 矢量数据和折线185

7.1 矢量数据源186

7.2 解决z冲突186

7.3 折线188

7.3.1 批处理189

7.3.2 静态缓存191

7.3.3 线宽192

7.3.4 轮廓线196

7.3.5 采样199

7.4 资源200

第八章 多边形201

8.1 纹理渲染201

8.2 多边形镶嵌202

8.2.1 输入整理203

8.2.2 三角化206

8.2.3 耳部剪除优化213

8.2.4 细分214

8.2.5 设置高度218

8.2.6 绘制218

8.2.7 管线修正219

8.3 地形上的多边形219

8.3.1 绘制方法220

8.3.2 阴影体221

8.3.3 采用阴影体绘制多边形223

8.3.4 优化225

8.4 资源226

第九章 球面布告板227

9.1 基础渲染228

9.2 最小化纹理切换233

9.2.1 纹理图集装箱算法235

9.2.2 基于纹理图集的渲染239

9.3 原点与偏移241

9.4 文本渲染244

9.5 资源247

第十章 并行化资源准备248

10.1 并行化无处不在248

10.1.1 CPU并行化248

10.1.2 GPU并行化249

10.1.3 多线程并行化250

10.2 数字地球中任务级的并行化251

10.3 多线程的体系结构252

10.3.1 消息队列253

10.3.2 粗粒度线程255

10.3.3 细粒度线程260

10.3.4 异步I/O262

10.3.5 单线程测试／调试模式263

10.4 OpenGL多线程编程263

10.4.1 一个GL线程，多个工作线程263

10.4.2 多个线程，一个GL上下文264

10.4.3 多线程，多内容265

10.4.4 多线程驱动274

10.5 参考资料275

第四部分 三维球面地形构建276

第十一章 地形基础知识276

11.1 地形表示的基础理论277

11.1.1 高度图277

11.1.2 体素渲染278

11.1.3 内隐式曲面279

11.1.4 不规则三角网格280

11.1.5 地形表示法小结281

11.2 渲染高度图282

11.2.1 创建三角形网格283

11.2.2 顶点着色位移图286

11.2.3 GPU光线投射算法288

11.2.4 高度放大技术300

11.3 计算法向量301

11.3.1 前向求差分算法303

11.3.2 中心差分算法305

11.3.3 Sobel滤波方法306

11.3.4 法向量计算方法小结308

11.4 地形着色309

11.4.1 颜色图和纹理坐标310

11.4.2 细节图311

11.4.3 程序着色311

11.5 相关资料323

第十二章 大面积地形渲染325

12.1 细节等级（LOD）326

12.1.1 离散LOD327

12.1.2 连续LOD327

12.1.3 层次LOD329

12.1.4 屏幕空间误差330

12.1.5 Artifacts332

12.2 预处理334

12.2.1 高度图转换为Mipmaps和Clipmaps335

12.2.2 瓦片336

12.2.3 网格简化338

12.3 外存绘制338

12.3.1 缓存层次结构339

12.3.2 加载顺序策略340

12.3.3 替换策略342

12.3.4 预取343

12.3.5 压缩345

12.4 剔除346

12.4.1 背面剔除346

12.4.2 视锥体剔除347

12.4.3 地平线剔除347

12.4.4 硬件遮挡查询349

12.4.5 从前往后绘制351

12.5 资源354

第十三章 geometry clipmapping算法355

13.1 clipmap金字塔357

13.2 顶点缓冲区359

13.3 顶点和片断shader361

13.4 融合364

13.5 clipmap更新367

13.5.1 环形寻址368

13.5.2 更新区域369

13.5.3 更新高程372

13.5.4 更新法线374

13.5.5 多线程Out-of-Core更新376

13.5.6 上采样379

13.5.7 替换和预取381

13.5.8 比较和综合382

13.6 着色383

13.7 球体上的geometry clipmapping算法385

13.7.1 在顶点shader中映射到椭球体表面385

13.7.2 spherical clipmapping算法388

13.7.3 coordinate clipmapping算法389

13.8 相关资料391

第十四章 chunked LOD算法392

14.1 chunks393

14.2 选择过程394

14.3 chunk之间的裂痕396

14.4 转换算法397

14.5 生成算法399

14.5.1 更新399

14.5.2 激活顶点402

14.5.3 网格化405

14.6 着色405

14.7 Out-of-Core渲染407

14.8 地球上执行chunked LOD算法408

14.9 chunked LOD算法与geometry clipmapping算法的比较410

14.10 相关资料411

附录A 消息队列实现412

参考文献421

关于作者432