OpenGL中的光照系列之二[光照计算]

• 光照设置

在OpenGL中当我们需要使用光照时，我们需要做如下的设置：

1. 开启场景中的光照计算
2. 设置场景中光源的参数
3. 开启设置好的光源

下面我们就依次进行：

• 开启和关闭光照计算

在OpenGL中使用glEnable和glDisable来开启和关闭光照计算：

// 开启光照计算glEnable(GL_LIGHTING);//关闭光照计算glDisable(GL_LIGHTING)

• 设置光源参数

OpenGL的实现默认最少支持8个光源，这些光源的编号从0-7，依次是GL_LIGHT0、GL_LIGHT1 .... GL_LIGHT7，当我们使用是可以调用glLight来设置它们的参数，具体参数包括：

• GL_AMBIENT

设置光源中的环境光成分，调用如下：

//设置0号光源的环境光为float ambient[] = {0.4, 0.4, 0.4, 1.0}glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambient)

散射光默认的取值是(0, 0, 0, 1)

• GL_DIFFUSE

设置光源中的散射光成分，默认的取值 GL_LIGHT0是（1，1，1，1）， 其他光源的取值是（0，0，0，1），调用方式：

//设置0号光源的环境光为float diffuse[] = {0.4, 0.4, 0.4, 1.0}glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse)

• GL_SPECULAR

设置光源中的平行光成分，默认的取值与GL_DIFFUSE中一样，GL_LIGHT0默认是（1，1，1，1），其他光源是（0，0，0，1）

• GL_POSITION

设置光源的位置，GL_POSITON中指定的位置在调用glLight之后会通过当前的模型视图矩阵转换到相机坐标系中，GL_POSITION中的位置是一个齐次坐标，最后一个参数w如果为0，代表该光源是一个平行光，平行光中衰减参数是无效的。初始OpenGL中的光源位置在（0，0，1，0），也就是该光源是一个平行光，并且方向指向Z轴负方向。

• GL_SPOT_DIRECTION

这个参数和以下两个参数都是用来设置聚光灯效果的光源的，GL_SPOT_DIRECTION简单来说就是设置聚光灯的方向，当聚光灯的开口角度不是360度的时候(类似于点光源)，设置GL_SPOT_DIRECTION是有效的(也就是当GL_SPOT_CUTOFF是180度的时候设置GL_SPOT_DIRECTION并没有任何作用)，默认的GL_SPOT_DIRECTION的取值是z轴负方向，也就是（0， 0， -1），在指定GL_SPORT_DIRECTION之后它会经过模型视图矩阵的变化变化到相机坐标系中。

• GL_SPOT_EXPONENT

这个参数主要用来设置聚光灯的光线集中度，聚光灯的光的强度在光锥中心最高，越靠近边缘光的强度就越弱，这个参数设置的越大，聚光灯的聚光效果越强，这个参数的初始取值是0，它的取值范围限定在【0，128】

• GL_SPOT_CUTOFF

这个参数主要用来设置聚光灯的辐射范围，默认值是180（类似与点光源），可以选择的取值范围是【0，90】以及180这个特殊值，可以参考下图：

• GL_CONSTANT_ATTENUATION  GL_LINEAR_ATTENUATION  GL_QUADRATIC_ATTENUATION

这三个参数主要用来设置光的衰减参数，分别是常量衰减部分+线性部分+二次部分，具体衰减公式可以继续阅读下文。默认的取值是（1，0，0），也就是没有衰减。需要注意的是：这三个参数只对有位置的光源有用，对平行光源来说没有意义。

• 光照的应用示例

下文中主要列举了光源通过不同的参数设置所显现的不同效果：

• 1.  仅使用环境光，默认的材质，开启光照计算后的效果：

    glClearColor(0, 0, 0, 1)    glEnable(GL_DEPTH_TEST)    glEnable(GL_LIGHTING)    ambient = [0.8, 0.8, 0.8]    glLightfv(GL_LIGHT1, GL_AMBIENT, ambient)    glEnable(GL_LIGHT1)    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)    glLoadIdentity()    glTranslatef(0, 0, -10)    glRotatef(xRot, 1, 0, 0)    glRotatef(yRot, 0, 1, 0)    glutSolidSphere(2, 32, 18)    glutSwapBuffers()

运行效果：

• 2. 仅使用散射光，默认材质的效果

    glClearColor(0, 0, 0, 1)    glEnable(GL_DEPTH_TEST)    glEnable(GL_LIGHTING)    diffuse = [0.8, 0.8, 0.8]    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, diffuse)    glEnable(GL_LIGHT0)    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)    glLoadIdentity()    glTranslatef(0, 0, -10)    glRotatef(xRot, 1, 0, 0)    glRotatef(yRot, 0, 1, 0)    glutSolidSphere(2, 32, 18)    glutSwapBuffers()

运行效果：

• 3. 仅包含平行光，代码如下：

    glClearColor(0, 0, 0, 1)    glEnable(GL_DEPTH_TEST)    glEnable(GL_LIGHTING)    specular = [0.8, 0.8, 0.8]    glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, specular)    glEnable(GL_LIGHT1)    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)    glLoadIdentity()    glTranslatef(0, 0, -10)    glRotatef(xRot, 1, 0, 0)    glRotatef(yRot, 0, 1, 0)    glutSolidSphere(2, 32, 18)    glutSwapBuffers()

运行效果：什么场景都看不见，主要是因为平行光依赖于视点与光线之间的角度关系

• 4. 修改光源的位置，当我们修改光源的位置时，以2中的示例为例，修改光源的位置：

    glClearColor(0, 0, 0, 1)    glEnable(GL_DEPTH_TEST)    glEnable(GL_LIGHTING)    diffuse = [0.8, 0.8, 0.8]    position = [-1, 0, 0, 0]    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, position)    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse)    glEnable(GL_LIGHT0)    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)    glLoadIdentity()    glTranslatef(0, 0, -10)    glRotatef(xRot, 1, 0, 0)    glRotatef(yRot, 0, 1, 0)    glutSolidSphere(2, 32, 18)    glutSwapBuffers()

运行效果：

可以看到光源的位置确实由正前方转到左方了

• 5. 修改平行光源为点光源

将4中的平行光修改为点光源

    glClearColor(0, 0, 0, 1)    glEnable(GL_DEPTH_TEST)    glEnable(GL_LIGHTING)    diffuse = [0.8, 0.8, 0.8]    position = [-1, 0, 0, 1]    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, position)    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse)    glEnable(GL_LIGHT0)    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)    glLoadIdentity()    glTranslatef(0, 0, -10)    glRotatef(xRot, 1, 0, 0)    glRotatef(yRot, 0, 1, 0)    glutSolidSphere(2, 32, 18)    glutSwapBuffers()

• 6. 使用聚光源

我们将5中的点光源设置为聚光灯的模式，让它限定在一定范围内，代码如下：

    glClearColor(0, 0, 0, 1)    glEnable(GL_DEPTH_TEST)    glEnable(GL_LIGHTING)    diffuse = [0.8, 0.8, 0.8]    position = [0, 0, -1, 1]    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, position)    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse)    glLightf(GL_LIGHT0, GL_SPOT_CUTOFF, 20.0)    glEnable(GL_LIGHT0)    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)    glLoadIdentity()    glTranslatef(0, 0, -10)    glRotatef(xRot, 1, 0, 0)    glRotatef(yRot, 0, 1, 0)    glutSolidSphere(2, 32, 18)    glutSwapBuffers()

以上就是光源的使用，下文接着讲述材质部分的内容