第十章 OpenGL光照

漫反射分量： 漫反射分量：表示特定光源在景物表面的反射光中那些向空间各
方向均匀反射出去的光，这些光常称为漫射光（ 方向均匀反射出去的光，这些光常称为漫射光（Diffuse Light）； ）； 为朝一定方向的反射光， 镜面反射光为朝一定方向的反射光，如一个点光源照射一个金属球 时会在球面上形成一块特别亮的区域，呈现所谓“ 时会在球面上形成一块特别亮的区域，呈现所谓“高光 （Highlight）”，它是光源在金属球面上产生的镜面反射光 ） ）。对于较光滑物体 （Specular Light）。对于较光滑物体，其镜面反射光的高光区域小 ）。对于较光滑物体， 而亮；相反，粗糙表面的镜面反射光呈发散状态， 而亮；相反，粗糙表面的镜面反射光呈发散状态，其高光区域大而不 亮。 下面先看一个简单的光照例程。 下面先看一个简单的光照例程。
第十章 OpenGL光照 光照
10.2.2 OpenGL光组成 光组成 简单光照模型中的几种光分为： 在OpenGL简单光照模型中的几种光分为：辐射 简单光照模型中的几种光分为 ）、环境光 光（Emitted Light）、环境光（Ambient Light）、 ）、环境光（ ）、 漫射光（ ）、镜面光 漫射光（Diffuse Light）、镜面光（Specular ）、镜面光（ Light）。 ）。 辐射光是最简单的一种光 最简单的一种光， 辐射光是最简单的一种光，它直接从物体发出并 且不受任何光源影响。 且不受任何光源影响。 环境光是由光源发出经环境多次散射而无法确定 环境光是由光源发出经环境多次散射而无法确定 其方向的光，即似乎来自所有方向。一般说来， 其方向的光，即似乎来自所有方向。一般说来，房间 里的环境光成分要多些，户外的相反要少得多， 里的环境光成分要多些，户外的相反要少得多，因为 大部分光按相同方向照射， 大部分光按相同方向照射，而且在户外很少有其他物 体反射的光。当环境光照到曲面上时， 体反射的光。当环境光照到曲面上时，它在各个方向 上均等地发散（类似于无影灯光）。 上均等地发散（类似于无影灯光）。
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void myinit(void) { GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 }; glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glDepthFunc(GL_LESS); glEnable(GL_DEPTH_TEST); }
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void main(void) { auxInitDisplayMode (AUX_SINGLE | AUX_RGBA); auxInitPosition (0, 0, 500, 500); auxInitWindow ("Simple Lighting"); myinit(); auxReshapeFunc (myReshape); auxMainLoop(display); }
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简单光照例程（light0.c） 例10-1 简单光照例程 #include "glos.h" #include <GL/gl.h> #include <GL/glu.h> #include <GL/glaux.h> void myinit(void); void CALLBACK myReshape(GLsizei w, GLsizei h); void CALLBACK display(void);
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物体表面向空间给定方向辐射的光强可应用光照模 型进行计算。 型进行计算。简单的光照模型通常假定物体表面是光滑的 且由理想材料构成， 且由理想材料构成，因此只考虑光源照射在物体表面产生 的反射光， 的反射光，所生成的图形可以模拟出不透明物体表面的明 暗过渡，具有一定的真实感效果。 暗过渡，具有一定的真实感效果。 复杂的光照模型除了考虑上述因素外， 复杂的光照模型除了考虑上述因素外，还要考虑周围环境 的光对物体表面的影响。 的光对物体表面的影响。如光亮平滑的物体表面会将环境 中其它物体映像在表面上， 中其它物体映像在表面上，而通过透明物体也可看到其后 的环境景象。这类光照模型称为整体光照模型， 的环境景象。这类光照模型称为整体光照模型，它能模拟 出镜面映像、透明等较精致的光照效果。 出镜面映像、透明等较精致的光照效果。
第十章 OpenGL光照 光照
10.2、光照模型 、 10.2.1 简单光照模型
当光照射到一个物体表面上时，会出现三种情形： 当光照射到一个物体表面上时，会出现三种情形： 首先，光可以通过物体表面向空间反射，产生反射光。 首先，光可以通过物体表面向空间反射，产生反射光。 其次，对于透明体，光可以穿透该物体并从另一端射出， 其次，对于透明体，光可以穿透该物体并从另一端射出， 产生透射光。 产生透射光。 最后，部分光将被物体表面吸收而转换成热。 最后，部分光将被物体表面吸收而转换成热。 在上述三部分光中， 在上述三部分光中，仅仅是透射光和反射光能够进入人眼 产生视觉效果。 产生视觉效果。这里介绍的简单光照模型只考虑被照明物 体表面的反射光影响， 体表面的反射光影响，假定物体表面光滑不透明且由理想 材料构成，环境假设为由白光照明。 材料构成，环境假设为由白光照明。
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为了更真实的绘制图形，还要考虑物体表面的细节纹理， 为了更真实的绘制图形，还要考虑物体表面的细节纹理， 这通常使用一种称为“纹理映射” 这通常使用一种称为“纹理映射”（texture mapping） ） 的技术把已有的平面花纹图案映射到物体表面上， 的技术把已有的平面花纹图案映射到物体表面上，并在 应用光照模型时将这些花纹的颜色考虑进去， 应用光照模型时将这些花纹的颜色考虑进去，物体表面 细节的模拟使绘制的图形更接近自然景物。 细节的模拟使绘制的图形更接近自然景物。 以上内容中， 以上内容中，真实感图形绘制的四大步骤前两步在 前面的章节已经详细介绍过，这里不再重复， 前面的章节已经详细介绍过，这里不再重复，第三步 OpenGL将自动完成所有消隐过程，第四步下面几节详 将自动完成所有消隐过程， 将自动完成所有消隐过程 另外，部分复杂光照模型应用将在后续章节里介绍。 述。另外，部分复杂光照模型应用将在后续章节里介绍。
第十章 OpenGL光照 光照
由于真实感图形是通过景物表面的颜色和 由于真实感图形是通过景物表面的颜色和 明暗色调来表现景物的几何形状、 明暗色调来表现景物的几何形状、空间位置以 及表面材料的， 及表面材料的，而一个物体表面所呈现的颜色 是由表面向视线方向辐射的光能决定的。 是由表面向视线方向辐射的光能决定的。 在计算机图形学中， 在计算机图形学中，常采用一个既能表示光能 大小又能表示其颜色组成的物理量即光亮度 （luminance）或光强（intensity of light） ）或光强（ ） 来描述物体表面朝某方向辐射光能的颜色。采 来描述物体表面朝某方向辐射光能的颜色。 用这个物理量可以正确描述光在物体表面的反 透射和吸收现象， 射、透射和吸收现象，因而可以正确计算出物 体表面在空间给定方向上的光能颜色。 体表面在空间给定方向上的光能颜色。
OpenGL基础图形编程 基础图形编程 OpenGL光照 光照
张志华 数理学院
第十章 OpenGL光照 光照
本章是比较重要的一部分，前几章只是基础，在 本章是比较重要的一部分，前几章只是基础， 这章里将着重讲述光照模型、明暗处理、光源设置、 这章里将着重讲述光照模型、明暗处理、光源设置、 材质定义以及有关的计算机图形学概念等内容， 材质定义以及有关的计算机图形学概念等内容，介绍 如何运用OpenGL函数来绘制真实感图形，充分展示 函数来绘制真实感图形， 如何运用 函数来绘制真实感图形 三维图形世界的魅力。 三维图形世界的魅力。如果读者以前从未接触过这方 面的概念，要直接应用OpenGL函数库编写三维图形 面的概念，要直接应用 函数库编写三维图形 程序，是很困难的。因此，我们将结合OpenGL的特 程序，是很困难的。因此，我们将结合些有关真实感图形绘制的概念， 帮助读者理解基本的OpenGL光照、材质等函数的应 光照、 帮助读者理解基本的 光照 用方式，顺利掌握最基本的真实感图形编程方法， 用方式，顺利掌握最基本的真实感图形编程方法，引 导读者快速进入OpenGL三维图形世界。 导读者快速进入 三维图形世界。 三维图形世界
第十章 OpenGL光照 光照
10.1、真实感图形基本概念 、
真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要 组成部分，它综合利用数学、物理学、 组成部分，它综合利用数学、物理学、计算机科 学和其它科学知识在计算机图形设备上生成象彩 色照片那样的具有真实感的图形。一般说来， 色照片那样的具有真实感的图形。一般说来，用 计算机在图形设备上生成真实感图形必须完成以 下四个步骤： 下四个步骤：
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四个步骤： 四个步骤： 一是用建模，即用一定的数学方法建立所需三维场景的几 一是用建模， 何描述， 何描述，场景的几何描述直接影响图形的复杂性和图形绘 制的计算耗费； 制的计算耗费； 二是将三维几何模型经过一定变换转为二维平面透视投影 图； 三是确定场景中所有可见面， 三是确定场景中所有可见面，运用隐藏面消隐算法将视域 外或被遮挡住的不可见面消去； 外或被遮挡住的不可见面消去； 四是计算场景中可见面的颜色， 四是计算场景中可见面的颜色，即根据基于光学物理的光 照模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和颜色 分量，并将它转换成适合图形设备的颜色值， 分量，并将它转换成适合图形设备的颜色值，从而确定投 影画面上每一象素的颜色，最终生成图形。 影画面上每一象素的颜色，最终生成图形。
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void CALLBACK display(void) { glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); auxSolidSphere(1.0); glFlush(); }