OpenGL光照和材质

OpenGL 的光照和材质
glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,@Diffuse); 1 GL_FRONT(正面)，GL_BACK(反面)，GL_FRONT_AND_BACK(正反两面)。 2 GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR属性。这三个属性与光源的 三个对应属性类似，每一属性都由四个值组成。 GL_AMBIENT表示各种光线照射到该材质上，经过很多次反射后最终遗留在环境 中的光线强度（颜色）。 GL_DIFFUSE 表示光线照射到该材质上，经过漫反射后形成的光线强度（颜色）。 GL_SPECULAR表示光线照射到该材质上，经过镜面反射后形成的光线强度（颜 色）。 通常，GL_AMBIENT和GL_DIFFUSE都取相同的值，可以达到比较真实的效果。 使用GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE可以同时设置GL_AMBIENT和GL_DIFFUSE 属性。
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2 创建聚光灯（这些属性只对位置性光源有效）
glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_CUTOFF,LightCutOff); 表示将光源作为聚光灯使用。很多光源都是向四面八方发射光线，但有时候 一些光源则是只向某个方向发射，比如手电筒，只向一个较小的角度发射光 线。 GL_SPOT_DIRECTION 属性有三个值，表示一个向量，即光源发射的方向。 光源的默认方向是(0.0,0.0,-1.0),即指向z轴负方向 GL_SPOT_EXPONENT 属性只有一个值，表示聚光的程度，为零时表示光 照范围内向各方向发射的光线强度相同，为正数时表示光照向中央集中，正 对发射方向的位置受到更多光照，其它位置受到较少光照。数值越大，聚光 效果就越明显。 GL_SPOT_CUTOFF 属性也只有一个值，表示一个角度，它是光源发射光线 所覆盖角度的一半，其取值范围在0到90之间，也可以取180这个特殊值。取 值为180时表示光源发射光线覆盖360度，即不使用聚光灯，向全周围发射。 即一个点光源。
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6 使用颜色跟踪（这将导致正面的DIFFUSE总是设置为当前颜色） 在启用光照系统之后，为图元指定颜色变得不太方便。首先我们需要创建一 个数组，然后调用glMaterial函数将数组传给材质，以此决定物体的颜色。为 了简便，我们可以开启颜色跟踪来简化代码。调用 glEnable(GL_CORLOR_MATERIAL); 启动颜色跟踪，再调用 glColorMaterial(GL_FRONT,GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE); 来决定对物体的正面还是反面，对环境光、镜面光还是漫射光进行颜色跟踪。 第一个参数可以取 GL_FRONT、GL_BACK、GL_FRONT_AND_BACK中的任意一种， 第二个参数可以取 GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE、 GL_SPECULAR中的任意一种。 启动颜色跟踪之后，我们就可以像以前一样，使用glColor函数来指定图元的 颜色了。这时，OpenGL将自动根据从glColor函数传递的颜色来决定物体材 质，
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4 为图元指定法向量：
OpenGL必须通过图元的法线向量来确定图元的明暗程度 通过计算得到法线向量后，我们需要在绘制顶点前调用glNormal函数为顶点 或图元指定法线 使用glTranslate*函数或者glRotate*函数可以改变物体的外观，但法线向量并 不会随之改变。然而，使用glScale*函数，对每一坐标轴进行不同程度的缩放， 很有可能导致法线向量的不正确，虽然OpenGL提供了一些措施来修正这一问 题，但由此也带来了各种开销。因此，在使用了法线向量的场合，应尽量避 免使用glScale*函数。即使使用，也最好保证各坐标轴进行等比例缩放 对光源进行平移或旋转，使之相对于静止的物体移动，这可以在指定模型变 换后设置光源位置，然后通过修改模型变换来改变光源的位置。
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5 设置材质： OpenGL 用材料对光的红、绿、蓝三原色的反射率来近似定义材料的颜色。象光 源一样，材料颜色也分成环境、漫反射和镜面反射成分，它们决定了材料对环境 光、漫反射光和镜面反射光的反射程度。在进行光照计算时，材料对环境光的反 射率与每个进入光源的环境光结合，对漫反射光的反射率与每个进入光源的漫反 射光结合，对镜面光的反射率与每个进入光源的镜面反射光结合。对环境光与漫 反射光的反射程度决定了材料的颜色，并且它们很相似。对镜面反射光的反射率 通常是白色或灰色（即对镜面反射光中红、绿、蓝的反射率相同）。镜面反射高 光最亮的地方将变成具有光源镜面光强度的颜色。例如一个光亮的红色塑料球， 球的大部分表现为红色，光亮的高光将是白色的材质的颜色与光源的颜色有些不 同。对于光源，R、G、B 值等于R、G、B 对其最大强度的百分比。若光源颜色 的R、G、B 值都是1.0，则是最强的白光；若值变为0.5，颜色仍为白色，但强度 为原来的一半，于是表现为灰色；若R＝G＝1.0，B＝0.0，则光源为黄色。对于 材质，R、G、B 值为材质对光的R、G、B 成分的反射率。比如，一种材质的R＝ 1.0、G＝0.5、B＝0.0，则材质反射全部的红色成分，一半的绿色成分，不反射蓝 色成分。也就是说，若OpenGL 的光源颜色为（LR、LG、LB），材质颜色为 （MR、MG、MB），那么，在忽略所有其他反射效果的情况下，最终到达眼睛的 光的颜色为（LR*MR、LG*MG、LB*MB）指定了图元的法线之后，我们还需要为 其指定相应的材质以决定物体对各种颜色的光的反射程度，这将影响物体表现为 何种颜色指定材质
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3 设置光线衰减系数（这些属性只对位置性光源有效）
glLightf(GL_LIGHT0,AttenuationWay,SpotAttenuation); AttenuationWay可以取以下几个值： GL_CONSTANT_ATTENUATION -- 表示光线按常熟衰减(与距离无关) GL_LINEAR_ATTENUATION -- 表示光线按距离线性衰减 GL_QUADRATIC_ATTENUATION -- 表示光线按距离以二次函数衰减。 参数 SpotAttenuation为光线的衰减系数。 GL_CONSTANT_ATTENUATION、GL_LINEAR_ATTENUATION、 GL_QUADRATIC_ATTENUATION属性。这三个属性表示了光源所发出的光 线的直线传播特性。现实生活中，光线的强度随着距离的增加而减弱， OpenGL把这个减弱的趋势抽象成函数： 衰减因子 = 1 / (k1 + k2 * d + k3 * k3 * d) 其中d表示距离，光线的初始强度乘以衰减因子，就得到对应距离的光线强度。 k1, k2, k3分别是 GL_CONSTANT_ATTENUATION,GL_LINEAR_ATTENUATION,GL_QUADR ATIC_ATTENUATION。通过设置这三个常数，就可以控制光线在传播过程中 的减弱趋势。
OpenGL 的光照和材质
GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_SPECULAR这三种属性是光源和材质所 共有的，如果某光源发出的光线照射到某材质的表面，则最终的漫反射强度 由 两 个 GL_DIFFUSE 属 性 共 同 决 定 ， 最 终 的 镜 面 反 射 强 度 由 两 个 GL_SPECULAR属性共同决定。 在OpenGL中，仅仅支持有限数量的光源。使用GL_LIGHT0表示第0号光 源， GL_LIGHT1 表示第 1 号光源，依次类推， OpenGL 至少会支持 8 个光源， 即 GL_LIGHT0 到 GL_LIGHT7 。 使 用 glEnable 函 数 可 以 开 启 它 们 。 例 如 ， glEnable(GL_LIGHT0) 可以开启第 0 号光源。使用 glDisable 函数则可以关闭光 源。一些OpenGL实现可能支持更多数量的光源，但总的来说，开启过多的 光源将会导致程序运行速度的严重下降， 光源GL_LIGHT0与其他几个光源不同， GL_DIFFUSE,GL_SPECULAR的默认值是（1.0，1.0,1.0,1.0） 而其他光源的默认值是 （0.0,0.0,0.0,1.0）。
OpenGL 的光照和材质
使用OpenGL的光照模型包括以下几个步骤： 1 设置光源的种类、位置和方向(对于平行光源) 2 为每个图元的每个顶点指定它的法线向量 3 为各个图元指定它的材质 4 启用光照模型
OpenGL 的光照和材质
1 光源设置: 设置环境光:glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,ambientLight); 设置漫射光成分:glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,DiffuseLight) 设置镜面光成分:glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,SpecularLight); 光源的属性GL_SPECULAR影响镜面反射区域的颜色，一般物体的镜面反射 区域的颜色为入射光线的颜色，要实现真实感，应该将它的值设置成与 GL_DIFFUSE相同。 设置光源的位置:glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, sun_light_position); GL_POSITION属性，表示光源所在的位置。由四个值（X, Y, Z, W）表示。 方向性光源 第四个值W为零，则表示该光源位于无限远处，前三个值表示了 它所在的方向。通常，太阳可以近似的被认为是方向性光源。 位置性光源 第四个值W不为零，则X/W, Y/W, Z/W表示了光源的位置。这种光 源称为位置性光源。 定位光源需要对其发射的光进行衰减，可以设置各种衰减因子。环境光，散 射光和镜面反射光的贡献都是衰减的，只有发射光和全局环境光不会衰减。
Ope在(1,1,1)，没有环境光，镜面反射光和漫反射光都为白 光的光源： GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 }; GLfloat light_ambient [] = { 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 }; GLfloat light_diffuse [] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; GLfloat light_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 }; glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT , light_ambient ); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE , light_diffuse ); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);