实验七 OpenGL光照效果

1.实验七OpenGL光照效果（选做）

1.实验七：OpenGL光照效果。

2.实验目的：通过上机编程，熟悉并掌握OpenGL中光照效果的制造方法。

3.实验要求：

（1）先做实验项目：实验六“OpenGL组合图形”。

（2）每人一组，独立完成。

（3）利用OpenGL提供的颜色、光源、材质设置，对实验六“OpenGL组合图形”

中自己设计的物体设置绘制颜色和材质参数，并在场景中添加光源，形成一

定的光照明暗效果。

4.实验原理及内容：

在现实世界中，光线和物体的材质共同决定了物体在人眼中的效果。OpenGL 中则涉及到绘制颜色、物体的材质参数、场景中的光源颜色和位置，以此达到一定

的真实感光照效果。

（1）颜色：

OpenGL通过指定红、绿、蓝（RGB）三个成分的各自亮度来确定颜色，有时还有第四个成分alpha：glColor*(red, green, blue[, alpha]);

glColor()函数设置当前的绘图颜色，red、green和blue分别为红、绿、蓝的亮度，alpha为透明度，取值均为0.0~1.0。在该函数之后绘制的所有物体都将使用该

颜色。

（2）光线：

OpenGL的光照模型中将光源分成四种：

发射光：一个物体本身就是一个发光源，如太阳、电灯等，这种光不受其它任何光源的影响。

环境光：从光源出发后光线被环境多次反射，以致没有明确的方向，或者说来自于所有的方向。被环境光照射的物体，各个表面都均等受光。

散射光：来自于某个方向，被物体表面均匀地反射，例如荧光照明、窗口射入的阳光等。

镜面光：来自于一个方向，被物体强烈地反射到另一个特定的方向。高亮

度的镜面光往往能在被照射的物体表面产生亮斑，如金属球上的高光区。

对于散射光和镜面光，入射角度、距离和衰减因子还会影响到最终的光照效果。

除了物体本身的发射光以外，通常意义上的光并不会是单纯的环境光、散射光或镜面光，而是由这三种类型的光混合组成的。

在OpenGL中，光也是采用RGBA值来定义的，分别描述光线中红绿蓝各成分的相对亮度。计算混合光的亮度时，则把相应的颜色亮度叠加即可，例如：环境光为(R1, G1, B1)，散射光为(R2, G2, B2)，镜面光为(R3, G3, B3)，则混合后的光线为(R1+R2+R3, G1+G2+G3, B1+B2+B3)。

（3）材质：

材质是物体本身的一种属性，主要用来表征物体对不同颜色、不同类型光线的反射、吸收性能。

在OpenGL中设置材质参数，就是要指定这种材质对环境光、散射光、镜面光的反射能力，有时还需要说明该种材质是否具有发光能力。

在最终绘制每个像素时，OpenGL自行将物体材质的各分量与光线的各分量相乘再叠加，从而得到每个像素的RGB值。例如：光线为(R, G, B)，材质为(MR, MG, MB)，则最终绘制时颜色为(MR*R, MG*G, MB*B)。

（4）获得光照效果的一般过程为：

a)使能光照：glEnable(GL_LIGHTING);

b)设置一种光照模式：glLightModel*();

如果只需要普通的无方向的环境光：

GLfloat light_ambient[]={red, green, blue, alpha}; //环境光的分值

//全局环境光的默认取值为(0.2, 0.2, 0.2, 1.0)

glLightModel*(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, light_ambient);

如果需要在某个具体位置上放置某个光源，例如：

GLfloat light_ambient[]={0.3, 0.3, 0.3, 1.0}; //环境光

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);

GLfloat light_diffuse[]={0.7, 0.7, 0.7, 1.0}; //散射光

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);

GLfloat light_specular[]={1.0, 1.0, 1.0, 1.0}; //镜面光

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);

GLfloat light_position[]={0.0, 0.0, 0.0, 1.0}; //光的位置

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);

glEnable(GL_LIGHT0); //使能GL_LIGHT0光源

OpenGL至少支持8种独立光源，用来指定这8个光源的常量为GL_LIGHT0~GL_LIGHT7。

利用glLight*()函数还可以指定聚光灯、衰减因子等参数。

c)设置材质属性：

方法一：使用glMaterial*()设置材质，例如：

GLfloat mat[]={0.75f, 0.75f, 0.75f, 1.0f}; //材质中的环境和散射

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, mat);

GLfloat mat_shininess[]={50.0f}; //材质的光亮度

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);

GLfloat mat_emission[]={0.75f, 0.75f, 0.75f, 1.0f}; //材质的发光

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission);

方法二：使用颜色跟踪法，即直接利用glColor*()设置的颜色来设置材质，这种方法使用起来更加方便。例如：

glEnable(GL_COLOR_MATERIAL); //使能颜色跟踪

glColorMaterial(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE);

glColor3f(0.75, 0.75, 0.75);

d)绘制物体：对于有独立光源的场景，绘制的物体应事先计算好法线矢量。

对于直接使用glu和aux库函数绘制的图元，OpenGL将自动计算其法线；

对于使用glBegin()和glEnd()逐点绘制的图元，则需要使用glNormal*()函数来指定法线。

一般来说，光源和材质的环境光和散射光成分相同，对物体的颜色有最重要的决定作用。镜面光成分和材质属性趋向于浅灰色或白色，镜面光成分主要依赖于入射角度，物体上的亮斑往往是白色的。

5.实验软硬件环境：PC机，Windows 2000，VC++

6.实验步骤和方法：

本实验重点在于熟悉OpenGL光照模型和光源的设置方法，对编程工具、语言、工

程类型等没有严格要求。

下面是以Visual C++ 6.0作为开发环境，创建Win32应用程序工程为例进行的步骤说明，有兴趣的同学也可以使用更高版本的编程工具。

（1）启动Visual C++ 6.0；

（2）新建一个“Win32 Application”类型的Project，Project的名字应为“学号_7”，指定保存位置后单击“确定”按钮；

（3）在工程向导第一步界面中选择“A simple Win32 application.”，单击“Finish”

按钮；

（4）弹出工程信息对话框，确认信息无误后单击“确定”按钮，VC将自动创建好一个Win32应用程序框架；

（5）参考“A01_OpenGL的程序框架”文件夹中的源代码，在自己的工程中添加相应的框架代码（参考程序中将OpenGL框架做成了一个类）；

注意：

程序中要正确包含OpenGL的头文件和库文件，否则编译出错；

添加代码时，注意头文件中要增加函数的声明。

（6）编译连接自己的OpenGL框架程序，运行结果应为一个空窗口；

（7）将实验六“OpenGL组合图形”完成的组合物体的相应源代码拷贝到本实验的工程中；

（8）添加上设置光源、材质的语句，要求场景中至少有两个光源；

注意：

先设置光源和材质，再绘制物体；

绘制的物体要注意法线的计算问题，否则无法体现光源的光照效果；

请参考“A03_OpenGL的组合图形”文件夹中的程序（参考程序中将光源的设置代码放置在bsipic::light0方法中，然后在OpenGL类的

SetupPixelFormat方法中调用）。

（9）编译连接自己的程序，多尝试几种光照模型，寻找最佳效果，完成本次实验。

注意：

代码调试成功后，可编译成一个release发布版本（选择菜单栏中“Compile”

下的“Set Active Configuration…”菜单项，在出现的对话框中选中

“release”，重新编译即可）。

7.实验预习要求：阅读OpenGL相关资料，了解颜色、光照、材质等方面的内容。

8.思考题：无

9.评分标准：

（1）能正确在自己设计的组合物体上打出光照阴影效果（80％）；

（2）实验报告编写认真详细，按时上交（20％）。

10.实验报告：要求提交1份实验报告、源程序代码（电子档）。

实验报告：

“组别”：填写自己的学号；

“测试记录”：填写自己程序的运行结果，绘制场景中光源和物体位置的示意图。

“小结”：填写自己的感想。

源代码：

提交源程序时应提交整个工程，包括C/CPP文件、h文件、工程文件、res 文件夹等。

工程所在的文件夹中会包含有一个debug目录或release目录，只保留其中的exe文件，其它文件删除，然后将整个工程文件夹压缩打包后提交（包

名中应含有学号）。