实验7 OpenGL光照

一.实验目的:

了解掌握OpenGL程序的光照与材质,能正确使用光源与材质函数设置所需的绘制效果。

二.实验内容:

(1)下载并运行Nate Robin教学程序包中的lightmaterial程序,试验不同的光照与材质系数;

(2)运行示范代码1,了解光照与材质函数使用;

(3)在示范代码2的基础上,为其增加光照与材质效果,如下图所示。

clip_image002clip_image004

(a)原图                          (b)增加光照后的效果

三.实验原理:

为在场景中增加光照,需要执行以下步骤:

(1) 设置一个或多个光源,设定它的有关属性;

(2) 选择一种光照模型;

(3) 设置物体的材料属性。

具体如下:

1.设置光源

1)光源的种类

环境光

环境光是一种无处不在的光。环境光源放出的光线被认为来自任何方向。因此,当你仅为场景指定环境光时,所有的物体无论法向量如何,都将表现为同样的明暗程度。

点光源

由这种光源放出的光线来自同一点,且方向辐射自四面八方。

平行光

平行光又称镜面光,这种光线是互相平行的。从手电筒、太阳等物体射出的光线都属于平行光。

聚光灯

这种光源的光线从一个锥体中射出,在被照射的物体上产生聚光的效果。使用这种光源需要指定光的射出方向以及锥体的顶角α。

2)光的成分

对于每一种光源,都有漫射光和平行光两种成分。在OpenGL中,环境光也被作为一种特殊的光源的成分来看待。漫射光是指在光源中能够被漫反射的光的颜色成分(白色则包含所有颜色),而平行光是指光源中所有能够被镜面反射的光的颜色成分。通过指定这两种成分的颜色,就能决定光源是平行光源还是点光源。

3设置光源成分

OpenGL可以同时为我们提供8个有效的光源。也就是说,我们最多可以同时启用8个光源。它们分别是GL_LIGHT0,GL_LIGHT1,GL_LIGHT2 ……其中,GL_LIGHT0是最特殊的一个光源。我们可以为GL_LIGHT0指定环境光成分。

a) 设置环境光

对于GL_LIGHT0,我们可以为其指定环境光成分。 调用

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT, ambientLight);

来设置场景的环境光。在上述函数调用中,第一个参数表示我们要对GL_LIGHT0进行设置,第二个参数表示我们要设置的是环境光成分,第三个参数则是一个数组,它有4个值,分别表示光源中含有红、绿、蓝三种光线的成分。一般情况下都为1,最后一项为透明度值,一般也为1。完整的代码是这样的:

intAmbientLight[4]={1,1,1,1};
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT, AmbientLight);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_LIGHTING);

请注意在上述代码的第三行和第四行我们分别调用了glEnable函数开启GL_LIGHT0光源和光照系统。

b)设置漫射光成分

通过对漫射光成分的设置,我们可以产生一个点光源。方法和设置环境光成分相似,只需调用

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE, DiffuseLight);

即可。其中DiffuseLight是漫射光的颜色成分。一般情况下也为(1,1,1,1)。

c)设置镜面光成分

通过对镜面光成分的设置,我们可以产生一个平行光源。方法和设置漫射光成分相似,只需调用

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR, SpecularLight);

即可。其中SpecularLight是漫射光的颜色成分。可以根据不同需要指定不同的颜色。

4)设置光源的位置

对于点光源和平行光源,我们常常需要指定光源的位置来产生需要的效果。方法仍然是调用glLightfv函数,仅仅是换换参数而已:

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,@LightPosition);

其中,LightPosition也是一个四维数组,四维数组的前3项依次为光源位置的X,Y,Z分量,第四个值很特殊,一般为1或-1。当LightPosition[4]=-1的时候,表示光源位于距离场景无限远的地方,无论前面设置的X,Y,Z是什么值。当LightPosition[4]=1时,光源的位置就是前三项所指定的位置。

2.光照模型

OpenGL的光照模型是用来模拟现实生活中的光照的。

3.材质设定

1材质颜色

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。

2材质定义

材质的定义与光源的定义类似。其函数为:

void glMaterial{if}[v](GLenum face,GLenum pname,TYPE param);

定义光照计算中用到的当前材质。face可以是GL_FRONT、GL_BACK、GL_FRONT_AND_BACK,它表明当前材质应该应用到物体的哪一个面上;pname说明一个特定的材质;param是材质的具体数值,若函数为向量形式,则param是一组值的指针,反之为参数值本身。非向量形式仅用于设置GL_SHINESS。pname参数值具体内容见下表。另外,参数GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE表示可以用相同的RGB值设置环境光颜色和漫反射光颜色。

___________________________________________________________________

参数名 缺省值 说 明

GL_AMBIENT (0.2,0.2,0.2,1.0) 材料的环境光颜色

GL_DIFFUSE (0.8,0.8,0.8,1.0) 材料的漫反射光颜色

GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE 材料的环境光和漫反射光颜色

GL_SPECULAR (0.0,0.0,0.0,1.0) 材料的镜面反射光颜色

GL_SHINESS 0.0 镜面指数(光亮度)

GL_EMISSION (0.0,0.0,0.0,1.0) 材料的辐射光颜色

GL_COLOR_INDEXES (0,1,1) 材料的环境光、漫反射光和镜面光颜色

_______________________________________________

3材质RGB值和光源RGB值的关系

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)。同样,如果有两束光,相应的值分别为(R1,G1,B1)和(R2,G2,B2),则OpenGL将各个颜色成分相加,得到(R1+R2,G1+G2,B1+B2),若任一成分的和值大于1(超出了设备所能显示的亮度)则约简到1.0。

四.示范代码:

(1)茶壶光照

#include <GL/glut.h>

#include <stdlib.h>

// Initialize material property, light source, lighting model, * and depth buffer.

void init(void)

{

GLfloat mat_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };

GLfloat mat_shininess[] = { 50.0 };

GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 };

GLfloat white_light[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };

GLfloat Light_Model_Ambient[] = { 0.2 , 0.2 , 0.2 , 1.0 }; //

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

glShadeModel (GL_SMOOTH);

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, white_light);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, white_light);

glLightModelfv( GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT , Light_Model_Ambient ); //

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_LIGHT0);

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

}

void display(void)

{

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

//glutSolidSphere (1.0, 20, 16);

glutSolidTeapot(0.5);

glFlush ();

}

void reshape (int w, int h)

{

glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

if (w <= h)

glOrtho (-1.5, 1.5, -1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w,

1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);

else

glOrtho (-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,

1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

}

int main(int argc, char** argv)

{

glutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);

glutInitWindowSize (500, 500);

glutInitWindowPosition (100, 100);

glutCreateWindow (argv[0]);

init ();

glutDisplayFunc(display);

glutReshapeFunc(reshape);

glutMainLoop();

return 0;

}

(2)太阳系:

#include <GL/glut.h>

#include <stdlib.h>

static int year = 0, day = 0, moon = 0;

void init(void)

{

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

glShadeModel (GL_FLAT);

}

void display(void)

{

glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);

glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);

glPushMatrix();

glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);

glutSolidSphere(1.0, 20, 16); /* draw sun */

glRotatef ((GLfloat) year, 0.0, 1.0, 0.0);

glTranslatef (2.0, 0.0, 0.0);

glRotatef ((GLfloat) day, 0.0, 1.0, 0.0);

glColor3f(0.0, 0.0, 1.0);

glutSolidSphere(0.3, 10, 8); /* draw earth */

glTranslatef (1.0, 0.0, 0.0);

glRotatef ((GLfloat) moon, 0.0, 1.0, 0.0);

glColor3f(1.0, 1.0, 1.0);

glutSolidSphere(0.2, 10, 8); /* draw moon */

glPopMatrix();

glutSwapBuffers();

}

void reshape (int w, int h)

{

glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);

glMatrixMode (GL_PROJECTION);

glLoadIdentity ();

gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0);

glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

gluLookAt (0.0, 5.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);

}

void keyboard (unsigned char key, int x, int y)

{

switch (key) {

case 'd':

day = (day + 10) % 360;

moon = (moon + 5) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'D':

day = (day - 10) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'y':

year = (year + 5) % 360;

day = (day + 10) % 360;

moon = (moon + 5) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'Y':

year = (year - 5) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 'm':

moon = (moon + 5) % 360;

glutPostRedisplay();

break;

case 27:

exit(0);

break;

default:

break;

}

}

int main(int argc, char** argv)

{

glutInit(&argc, argv);

glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);

glutInitWindowSize (800, 600);

glutInitWindowPosition (100, 100);

glutCreateWindow (argv[0]);

init ();

glutDisplayFunc(display);

glutReshapeFunc(reshape);

glutKeyboardFunc(keyboard);

glutMainLoop();

return 0;

}

posted on 2012-11-14 22:52  慢步前行  阅读(13485)  评论(0编辑  收藏  举报

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