OpenGL学习: 光照系列2-材质和lighting maps使用
来源:互联网 发布:淘宝自动上货软件 编辑:程序博客网 时间:2024/04/30 22:04
上一节学习了Phong reflection model,但是还存在不足,本节使用材质属性,以及使用diffuse map和specular map改善上一节的实现。
本节内容整理自:
1.www.learnopengl.com Materials
2.www.learnopengl.com Lighting maps
通过本节可以了解到
使用材质属性使不同物体对光有不同反映
对光源的不同部分使用不同的强度
使用diffuse map和specular map使物体不同部分对光有不同反映
材质属性-不同物体对光有不同反映
现实世界中,不同的物体对光有不同的反映,例如钢做成的物体通常比土制的花瓶看起来更亮,木质的容器和钢做成的容器对光的反应也不一样。对于镜面反射光,不同的物体接受光照后,高光部分的半径大小也不一样。要模拟不同的物体接受光照后的效果,就需要考虑物体的材质属性,利用材质属性模拟出不同的效果。
上一节我们使用了环境光(ambient),漫反射光(diffuse),镜面反射光(specular)三种成分实现的Phong reflection mode。为物体指定材质属性时,也可以为物体指定这三个不同成分的光的强度作为材质属性,同时加上高光系数shininess,整个材质在片元着色器中定义为如下所示的结构体:
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利用上述4个属性来定义物体的材质,我们可以模拟出很多现实世界的物体,如何配出具有真实效果的物体光照效果需要丰富的经验,同时也要使用更复杂的模型,后面我们会学习如何加载模型。通过加载丰富的模型,配上光照后,将会更接近现实。
利用上面的材质,我们实现Phone reflection model的片元着色器代码变为:
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在主程序中设置材质结构体的每个属性,使用结构体变量的分量来设置。例如定义材质结构体变量为:
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则使用分量来设置属性各个部分的实现为:
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将lightColor设置为(1.0,1.0,1.0),则执行程序,我们得到的效果如下:
可以看到上面图中的物体太亮了,主要原因是这里没有像上一节一样使用ambientStrength,specularStrength等参数调节光源不同成分的强度,导致各个成分叠加到一起后,强度太大,因此十分明亮。要为光源不同成分指定不同的强度,这个类似于为物体指定材质的做法,我们定义光源结构体为:
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在程序中设置光源属性,同理可以通过结构体变量的分量来设置,如下:
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其中lampPos是事先指定的光源位置,例如定义为:
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更改后的效果为:
这个效果同上一节的没有什么大的区别,但是我们为光源的部分成分指定了不同的强度,这代替了上一节在着色器中指定的ambientStrength,specularStrength等参数;同时为物体使用了材质属性,更加灵活地控制物体接受光照时的效果。
如果控制光源的属性随着时间改变,我们可以得到好玩的效果如下图所示:
变换光源可以使用glfwGetTime函数来实现如下:
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light maps-物体的不同部分对光有不同反映
上面提到了不同的物体对光有不同的反映,实际上同一物体的部分往往不是同一种材料构成的,例如汽车的车身喷漆了往往很光亮,而轮胎的橡胶部分则比较暗淡。为了更好的模拟现实中物体接受光照效果,我们应该为物体的不同部分指定不同的材质属性,而不是整个物体共用一个材质属性。
不同的部分对应不同的材质属性,这个有点类似于根据纹理坐标获取不同的纹素,我们这里的做法同纹理坐标类似,不过这里的做法取名为light maps。也就是为物体的不同部分指定不同的坐标,根据这个坐标获取从light map获取不同的材质属性,对应漫反射有diffuse map,镜面反射有specular map。当然还包括其他类型的light map,这里只学习diffuse map和specular map。
使用diffuse map
要使用diffuse map,同纹理坐标一样,我们需要在顶点属性中添加纹理坐标,定义顶点属性如下:
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同时要加载纹理作为diffuse map,如下:
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这里使用了封装的加载和建立纹理对象的方法 TextureHelper::load2DTexture,关于如何使用纹理,在前面二维纹理映射一节已经介绍过了,如果不清楚,可以回过头去查看。
在着色器中,重新定义材质属性为:
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物体材质部分,环境光一般和漫反射光相同,只是强度不同,因此计算环境光和漫反射光都使用diffuse map,计算如下:
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在上面的代码中,我们通过在材质属性中定义纹理对象sampler2D,然后使用纹理对象material.diffuseMap来计算环境光和漫反射光成分。如果对镜面反射光不使用specular map,我们得到的效果如下:
上面的图中,使用的diffuse map是一个木制的容器,在图中我们看到高光部分很明显,但是对于木制容器,对于镜面光的反映应该不会这么大,因此我们通过specular map需要调整图中镜面光部分。
使用specular map
假若我们想要一个由钢做成的边架的木制容器,当接收镜面光时,肯定是钢架子很亮,而木制部分的镜面光比较弱,要达到这样一种效果,我们可以为钢架子部分指定较强的强度,而木制部分强度较弱。如果通过手动来设置肯定很麻烦了,同diffuse map一样,我们也是用类似的技术处理,这就是specular map。
一般而言镜面光的light map中,表示强度大可以用接近白色的颜色表示,强度弱则使用接近黑色的颜色表示。最终我们的specular map用下图来表示(来自www.learnopengl.com light maps):
在主程序中加载diffuse map和specular map,如下:
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在着色器中使用diffuse map和specular map完成光照计算过程为:
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最终的效果如下:
当移动物体时,只有钢架子部分对镜面光反应比较明显,而木制部分则仍然很暗淡。
最后的说明
本节通过使用材质属性,模拟不同物体对光有不同反映;使用diffuse map和specular map,模拟物体的不同部分对光有不同反映;同时为光源的三个光成分指定了不同的强度,避免了三个光成分和物体叠加计算后,光照太亮的不真实效果。下一节将会介绍不同的光源,以及使用多个光源的方法。
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