《GPU精粹3》的主编是NVIDIA公司开发者培训部的资深经理Hubert Nguyen。他是一位经验丰富的图形工程师，曾为NVIDIA公司的Demo Team部门做出过巨大贡献。他编著的图书GPU Gems(Addison Wesley，2004)和《GPU精粹2》都非常畅销。

　　《GPU精粹3》是GPU精粹系列畅销书的第三卷，展示了当今最前沿的图形处理单元(GPU)编程技术。现代GPU的可编程性让开发者不仅可以在自己的岗位上迅速脱颖而出，更使得他们可以在非图形应用程序中运用GPU的卓越处理能力，例如，物理仿真、金融分析，甚至是病毒检测——尤其是在cuDA体系结构下。图形学仍然是GPU主要应用领域，通过学习《GPU精粹3》，读者会惊喜地发现一些最新的算法，使用它们可以创建非常真实的角色，实现更逼真的光照效果，以及完成绘制后的混合效果。
　　《GPU精粹3》主题
　　·几何体
　　·光照和阴影
　　·渲染
　　·图像效果
　　·物理仿真
　　·GPU计算

　　“GPU精粹系列展示了下一代3D引擎所需的大量核心算法。”
　　——Martin Mittring Grytek首席图形程序员

　　我们首先通过对片段的每个位置指定一个透明度值来执行混合，这个透明度值基于片段位置的距离。在进行实际绘制前，我们在一个透明度路径中累加这些透明度值。在绘制时，我们可以基于片段的透明度值，以及在透明度路径中存储的累加透明度值，来决定一个片段对总像素颜色的作用效果。最终，我们使用法线扰动技术来增加细节，改善流表面的混合。当将表面作为有向片段渲染时，我们在每个片段处略微地扰动法线。法线的扰动由流密度场的曲率决定，密度场位于渲染片段的粒子位置处。密度场的曲率可以在速度限制路径中通过计算密度场及梯度得到。使用梯度，我们可以获得关于被渲染片段尺寸的一个向量，相切于流表面。这个向量与曲率（一个3×3矩阵）相乘，可获得法线沿切向量的一个变化量。我们仅存储使用点积得到的且法线投影到切向量方向的变化量，结果是一个缩放因子。这是对粒子位置偏离度的一个估计（实际上，它仅包含了部分的偏离度）。这个缩放因子被存储起来，在表面渲染阶段，可以将该缩放因子与重新构建的切向量结合使用，来构成正方形法线的扰动法线。
　　7.7结论
　　本章给出了一个方法，该方法有效且高效地在GPU中实现了Witkin and Heckbert 1994的基于点的隐式表面可视化，在保持互动级帧速率的情况下渲染可变形球。我们的方法由三部分构成：计算受限速度、斥力及粒子密度，来实现接近一致的粒子分布。后面两部分包含了一个用于GPU粒子系统的新算法，粒子之间相互影响。方法的最后一个部分对原始方法进行了改进，加速了流表面粒子的分布，并可以在不连续的表面使用分布，这样防止了空隙。相比于行进立方体（Marching Cubes）方法和光线追踪方法，这个方法具有明显的性能优势，这是因为其复杂度取决于流表面面积，而前两种方法的复杂度取决于流的体积。
　　目前给出的方法仍然没有解决所有的问题。算法的进一步改进包含具有适应性的粒子尺寸（这样可以使流表面的临时空隙被快速填充）。同时，新生成的不连续表面部分并不总是在其表面具有粒子，这意味着只要它们仍然不连续，就一直不会收到任何粒子。但最大的问题在于，对位于较远且较小的流部分的处理。由于斥力算法需要包含每个粒子的一个剪辑空间，因此有限分辨率的视口很可能导致多个粒子映射到了同一个像素上，造成数据丢失。最终的研究方向包括渲染表面粒子来实现不同的视觉效果，图7-11就是这样的一个例子。

第Ⅰ部分 几何体
第1章 使用GPU 生成复杂的程序化地形
1.1 介绍
1.2 Marching Cubes 算法和密度函数
1.2.1 在单元内生成多边形
1.2.2 查找表
1.3 地形生成系统概述
1.3.1 在地形块内部生成多边形
1.3.2 生成密度值
1.3.3 写一个有趣的密度函数
1.3.4 定制地形
1.4 在地形块中生成多边形
1.4.1 边缘数据
1.4.2 生成地形块：方法1
1.4.3 生成地形块：方法2
1.4.4 生成地形块：方法3
1.5 纹理和光影
1.6 对实际应用的考虑
1.6.1 细节层次
1.6.2 外部对象的碰撞和光照问题
1.7 结论
1.8 参考资料

第2章 群体动画渲染
2.1 目的
2.2 实例化的简单回顾
2.3 技术细节
2.3.1 基于常量的实例化
2.3.2 使用动画纹理的调色板蒙皮
2.3.3 几何变化
2.3.4 LOD 系统
2.4 其他考虑因素
2.4.1 颜色变化
2.4.2 性能
2.4.3 整合
2.5 结论
2.6 参考资料

第3章 DirectX 10 混合形状：打破限制
3.1 介绍
3.2 Dawn 例子的实现
3.2.1 DirectX 10 的特性
3.2.2 定义网格
3.2.3 流输出的方法
3.2.4 缓冲区-模板方法
3.3 运行例子
3.4 性能
3.5 参考资料

第4章 下一代SpeedTree 渲染
4.1 介绍
4.2 轮廓裁减
4.2.1 轮廓鳍挤压
4.2.2 高度追踪
4.2.3 轮廓细节层次
4.3 阴影
4.3.1 树叶自遮挡
4.3.2 级联阴影贴图
4.4 树叶光照
4.4.1 两边光照
4.4.2 镜面光照
4.5 高动态范围和反锯齿
4.6 半透明覆盖
4.6.1 将半透明覆盖应用于SpeedTree
4.6.2 细节层次的交叉衰减
4.6.3 轮廓边反锯齿
4.7 结论
4.8 参考资料

第5章 普遍自适应的网格优化
5.1 介绍
5.2 总览
5.3 自适应优化模式
5.4 渲染工作流
5.4.1 深度标签计算
5.4.2 CPU 阶段的渲染循环
5.4.3 GPU 阶段的优化处理
5.5 结果
5.6 结论和改进
5.7 参考资料

第6章 GPU 生成的树的过程式风动画
6.1 介绍
6.2 GPU 上的过程式动画
6.3 现象学方法
6.3.1 风场
6.3.2 树的概念结构
6.3.3 模拟的两种分类
6.4 模拟步骤
6.5 渲染树
6.6 分析和比较
6.6.1 优势
6.6.2 劣势
6.6.3 性能评估
6.7 结论
6.8 参考资料

第7章 GPU 上基于点的变形球可视化
7.1 变形球、光滑粒子流体力学和表面粒子
7.1.1 各种方法的对比
7.1.2 在GPU 上基于点的表面可视化
7.2 限制粒子
7.2.1 定义显式表面
7.2.2 速度限制等式
7.2.3 在GPU 中计算密度场
7.2.4 选择散列函数
7.2.5 创建并查询散列表
7.3 局部粒子斥力
7.3.1 斥力等式
7.3.2 GPU 端最近的邻居
7.4 全局粒子传播
7.5 性能
7.6 渲染
7.7 结论
7.8 参考资料

第Ⅱ部分 光照和阴影
第8章 区域求和的差值阴影贴图
8.1 介绍
8.2 相关工作
8.3 percentage-closer 过滤
8.4 差值阴影贴图
8.4.1 过滤差值阴影贴图
8.4.2 偏离
8.4.3 光渗色
8.4.4 数值稳定性
8.4.5 实现注释
8.4.6 差值阴影贴图和软阴影
8.5 区域求和差值阴影贴图
8.5.1 生成区域求和表
8.5.2 数字固定性重访问
8.5.3 结果
8.6 percentage-closer 软阴影
8.6.1 遮挡体查找
8.6.2 渐变区域尺寸估计
8.6.3 阴影过滤
8.6.4 结果
8.7 结论
8.8 参考资料

第9章 使用全局照明实现互动的电影级重光照
9.1 介绍
9.2 算法总览
9.3 聚集样本
9.4 一次反射的间接照明
9.5 用于压缩的小波
9.6 增加多次反射
9.7 对稀疏矩阵数据进行压缩
9.8 基于GPU 的重光照引擎
9.8.1 直接照明
9.8.2 小波变换
9.8.3 稀疏矩阵乘法
9.9 结果
9.10 结论
9.11 参考资料

第10章 在可编程GPU 中实现并行分割的阴影贴图
10.1 介绍
10.2 算法
10.2.1 步骤1：分割视锥体
10.2.2 步骤2：计算光的变换矩阵
10.2.3 步骤3 和4：产生PSSM 和综合阴影
10.3 基于硬件的实现方法
10.3.1 多步方法
10.3.2 DirectX 9 级别的加速
10.3.3 DirectX 10 级别的加速
10.4 进一步的优化
10.5 结果
10.6 结论
10.7 参考资料

第11章 使用层次化的遮挡剔除和几何体着色器得到高效鲁棒的阴影体
11.1 介绍
11.2 阴影体综述
11.2.1 Z-Pass 和Z-Fail
11.2.2 阴影体生成
11.2.3 性能和优化方法
11.3 实现方法
11.3.1 针对低质量网络的鲁棒阴影
11.3.2 使用几何体着色器动态生成阴影体
11.3.3 使用层次化遮挡裁剪提高性能
11.4 结论
11.5 参考资料

第12章 高质量的环境遮挡
12.1 回顾
12.2 问题
12.2.1 圆盘形状的失真
12.2.2 高频的尖点失真
12.3 一个鲁棒的解决方法
12.3.1 对不连续性进行光滑处理
12.3.2 移除尖点并加入细节
12.4 结果
12.5 性能
12.6 一些注意事项
12.6.1 强制收敛
12.6.2 可调整的参数
12.7 后续工作
12.8 参考资料

第13章 作为后置处理的体积光照散射
13.1 介绍
13.2 云隙光
13.3 体积光照散射
13.4 后置处理像素着色器
13.5 屏幕空间遮挡方法
13.5.1 遮挡pre-pass 方法
13.5.2 遮挡模板方法
13.5.3 遮挡对比方法
13.6 一些注意事项
13.7 演示
13.8 扩展
13.9 结论
13.10 参考资料

第Ⅲ部分 渲染
第14章 用于真实感实时皮肤渲染的高级技术
14.1 皮肤外观
14.1.1 皮肤表面反射
14.1.2 皮肤子表面反射
14.2 皮肤渲染系统总述
14.3 镜面表面反射
14.4 散射理论
14.4.1 漫反射剖面
14.4.2 使用漫反射剖面渲染
14.4.3 漫反射剖面的形状
14.4.4 一个高斯和漫反射剖面
14.4.5 拟合预测的或测量的剖面
14.4.6 配置漫反射剖面
14.4.7 对皮肤的高斯和拟合
14.5 高级子表面散射
14.5.1 纹理空间漫反射
14.5.2 改进的纹理空间漫反射
14.5.3 经过修改的半透明阴影贴图
14.6 一个快速的布隆过滤器
14.7 结论
14.8 后续工作
14.9 参考资料

第15章 可播放的全方位捕捉
15.1 介绍
15.2 数据捕捉流水线
15.3 动态纹理的压缩和解压
15.3.1 主要分量分析
15.3.2 压缩
15.3.3 解压缩
15.3.4 可变PCA
15.3.5 实际使用中的考虑
15.4 串连特性
15.5 结论
15.6 参考资料

第16章 Crysis 中植被的过程化动画和着色
16.1 过程化动画
16.2 植被着色
16.2.1 环境光照
16.2.2 边的光滑化
16.2.3 整合
16.2.4 实现细节
16.3 结论
16.4 参考资料

第17章 鲁棒的多镜面反射和折射
17.1 介绍
17.2 跟踪辅助光线
17.2.1 层次化距离图的生成
17.2.2 层次化距离图的光线跟踪
17.3 反射和折射
17.4 结果
……
第Ⅳ部分 图像效果
第Ⅴ部分 物理仿真
第Ⅵ部分 GPU 计算