OpenGL光照

计算机图形学实验指导(三) – OpenGL光照1.光照简介采用光照要做的工作包括：创建光源，激活光照以及光源，以及定义物体的材质。

创建光源是要定义光源的特征，物体的材质则与光源一起决定到达人眼的光的颜色。

若光源颜色为（LR,LG,LB），材质颜色为（MR,MG,MB），则到达人眼的颜色为（LR*MR, LG*MG, LB*MB）。

2．简单光照模型一般来说，反射光可以分成三个分量，即环境反射、漫反射和镜面反射。

环境反射分量假定入射光均匀地从周围环境入射至景物表面并等量地向各个方向反射出去，通常物体表面还会受到从周围环境来的反射光（如来自地面、天空、墙壁等的反射光）的照射，这些光常统称为环境光（Ambient Light）；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（Diffuse Light）；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“高光（Highlight）”，它是光源在金属球面上产生的镜面反射光（Specular Light）。

对于较光滑物体，其镜面反射光的高光区域小而亮；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。

3．OpenGL光源光源有许多特性，如颜色、位置、方向等。

选择不同的特性值，则对应的光源作用在物体上的效果也不一样，下面的函数定义了OpenGL的光源。

void glLightfv(GLenum light , GLenum pname, TYPE param)其中第一个参数light指定所创建的光源号，如GL_LIGHT0、GL_LIGHT1、...、GL_LIGHT7。

第二个参数pname指定光源特性，这个参数的具体信息见下表所示。

最后一个参数设置相应的光源特性值。

pname 参数名说明GL_AMBIENT RGBA模式下环境光GL_DIFFUSE RGBA模式下漫反射光GL_SPECULAR RGBA模式下镜面光GL_POSITION 光源位置齐次坐标（x,y,z,w）GL_SPOT_DIRECTION 点光源聚光方向矢量（x,y,z）GL_SPOT_EXPONENT 点光源聚光指数GL_SPOT_CUTOFF 点光源聚光截止角例如：下面定义了一个位置在(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);创建光源后，要使用glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_LIGHT0);来启动光照和一号光源。

4．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）。

材质的定义与光源的定义类似。

其函数为：void glMaterialfv(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。

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。

参数名说明GL_AMBIENT 材料的环境光颜色GL_DIFFUSE 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 材料的镜面反射光颜色GL_SHININESS 镜面指数（光亮度）GL_EMISSION 材料的辐射光颜色5.实验内容已经给出了一个基本的框架，绘制了一个没有光照的茶壶，现在需要给这个茶壶添加光照效果。

(1).运行程序，看没有光照效果时场景的情况。

然后给场景添加一个光源，该光源的位置为(1.0, 1.0, 1.0)，该光源的属性为白色的环境光，白色的漫反射光，黑色的镜面反射光(这相当于没有镜面反射光)，运行看结果(2).改变刚才光源的镜面反射光属性为白色，添加材质，材质属性为：材质的环境反射光颜色为暗红色(0.4, 0.0, 0.0)，材质的漫反射光颜色为暗红色，镜面反射光颜色为白色，镜面高光指数为50，运行看结果。

然后改高光指数为20，运行看结果。

(3).保持光源和材质属性不变，给材质添加一点自发光属性，设为(0.2, 0.2, 0.2),运行看结果。

(4).改光源属性为青色的环境光，青色(0.0, 1.0, 1.0)的漫反射光，青色的镜面反射光，改材质属性为：材质的环境反射光颜色为淡黄色(0.4, 0.4, 0.0)，材质的漫反射光颜色为淡黄色，镜面反射光颜色为白色，镜面高光指数为50，运行看结果。

然后思考为什么会出现这种结果。

(5).保持第一个光源不动，添加第二个光源，位置在(0.0, 2.0, 0.0), 该光源的属性为白色的环境光，白色的漫反射光，白色的镜面反射光。

运行看结果。

(6)处理键盘事件，给按键p添加代码，将当前窗口输出到图像文件。

会用到这个OpenGL函数:void glReadPixels(GLint x, GLint y, GLsizei width, GLsize height, GLenum format, GLenum type, GLvoid* pixels);该函数从帧缓存中指定矩形中读取像素数据到内存。

x,y指定矩形左下角，width,height指定矩形宽和高，format指定读取的分量值，在这次实验中使用GL_BGR_EXT(读取B，G，R颜色分量), 其他取值请大家参阅资料，type指明每一元素的数据类型，这里使用GL_UNSIGHED_BYTE，pixels用来存放读取出来的像素数据。

附注：输出bmp图像的函数如下。

具体说明请参看bmp文件格式void ExportBMP(const char *filename, unsigned char *p, int width, int height){bmfHdr;BITMAPFILEHEADERbmiHdr;BITMAPINFOHEADERbmfHdr.bfType = ((WORD)('M'<<8) | 'B');bmfHdr.bfReserved1 = 0;bmfHdr.bfReserved2 = 0;=sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);bmfHdr.bfOffBitsbmfHdr.bfSize = bmfHdr.bfOffBits + width * height * 3;bmiHdr.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);bmiHdr.biWidth = width;=height;bmiHdr.biHeightbmiHdr.biPlanes = 1;bmiHdr.biBitCount24;=BI_RGB;bmiHdr.biCompression=bmiHdr.biSizeImage = 0;bmiHdr.biXPelsPerMeter = 0;bmiHdr.biYPelsPerMeter = 0;0;=bmiHdr.biClrUsedbmiHdr.biClrImportant = 0;FILE *fp = fopen(filename,"wb");fwrite(&bmfHdr,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp); fwrite(&bmiHdr,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);fwrite(p, sizeof(unsigned char) * width * height * 3, 1 ,fp); fclose(fp);}。