Свет и материалы в OpenGL
Модель освещения
В OpenGL различают четыре типа создаваемого освещения (соответственно, четыре типа источников света):
- Фоновое (ambient) освещение (рассредоточенное освещение, свет окружающей среды) - свет, отраженный окружающими объектами столько раз, что его направление невозможно установить. Он выглядит приходящим со всех направлений. Объекты, освещенные рассеянным светом, равномерно окрашиваются со всех сторон и во всех направлениях. Такой свет не дает тени и отражается от поверхности во всех направлениях.
- Диффузный (или рассеянное, diffuse) свет - свет, поступающий из определенного направления, но равномерно отражается от поверхности во всех направлениях. При прямом попадании на поверхность он более яркий, чем при легком прикосновении к ней вскользь.
- Отраженный (или зеркальный, specular) свет - приходит из конкретного направления и отражается от поверхности также в определенном направлении. Отражающую способность поверхности можно представить как свойство с названием блеск ( shininess ). Сильно отраженный свет обычно дает яркое пятно на поверхности, именуемое "зайчиком" или "бликом".
- Излучаемый (или эмиссионный, emission) свет - свет, который исходит от самого объекта. В модели освещения OpenGL цвет самосвечения добавляет яркости самому объекту и не зависит от любых других источников света. Этот свет не вносит дополнительного освещения в сцену, т.е. не освещает соседние объекты.
Можно считать, что фоновое освещение создается бесконечным множеством источников света, заполняющих весь объем сцены. Удобно считать, что направленный свет (диффузный и отраженный) создается прожектором ( spotlights ), бесконечно удаленным от поверхности освещения и генерирующим параллельные лучи. Примером параллельного источника света является Солнце.
В OpenGL понятие модели освещения слагается из следующих компонентов
- Интенсивность общего фонового освещения.
- Положение точки обзора - локального по отношению к сцене или бесконечно удаленного.
- Расчет освещенности для лицевых и оборотных граней объектов.
- Требования, должен или нет отраженный цвет быть отделен от фонового и рассеянного и наложен на объект после операций текстурирования.
Для задания всех параметров модели освещения используется команда glLightModel*(), которая имеет два аргумента: имя параметра модели освещения и значение для этого параметра. Синтаксис команды следующий:
void glLightModel{if}(GLenum pname, TYPE param);
void glLightModel{if}v(GLenum pname, TYPE *param);Команда устанавливает свойство модели освещения, идентифицируемое аргументом pname (описание приведено в таблице). Аргумент param - это собственно значение свойства, а если используется векторная версия команды - указатель на набор значений. Невекторная версия команды используется только для установки одиночных параметров и неприменима для режима GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT.
Модель самолета без использования освещения (Jet)
В качестве иллюстрации выполним несколько примеров по моделированию поверхности реактивного самолета, в которых последовательно, сначала без использования освещения, затем применяя его в разных вариантах, рассмотрим особенности света и материалов.
Вначале мы просто нарисуем ряд цветных треугольников, составляющих поверхность модели реактивного самолета.
-
Заполните
файл Jet.h таким кодом
// Упражнение 2: "2) Самолет без освещения"
//**********************************************************
// Прототипы
void Jet();
void RenderSceneJet(void);
void ChangeSizeJet(int, int); // При изменении размеров окна
//**********************************************************
// Рисовать самолет
void Jet()
{
// Сохранить матрицу в стеке и выполнить повороты
glPushMatrix();
glRotatef(xRot, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
glRotatef(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glBegin(GL_TRIANGLES);
// Конус носа /////////////////////////////
// Белый
glColor3ub(255, 255, 255);
glVertex3f(0.0f, 0.0f, 60.0f);
glVertex3f(-15.0f, 0.0f, 30.0f);
glVertex3f(15.0f,0.0f,30.0f);
// Черный
glColor3ub(0,0,0);
glVertex3f(15.0f,0.0f,30.0f);
glVertex3f(0.0f, 15.0f, 30.0f);
glVertex3f(0.0f, 0.0f, 60.0f);
// Красный
glColor3ub(255,0,0);
glVertex3f(0.0f, 0.0f, 60.0f);
glVertex3f(0.0f, 15.0f, 30.0f);
glVertex3f(-15.0f,0.0f,30.0f);
// Тело самолета //////////////////////////
// Зеленый
glColor3ub(0,255,0);
glVertex3f(-15.0f,0.0f,30.0f);
glVertex3f(0.0f, 15.0f, 30.0f);
glVertex3f(0.0f, 0.0f, -56.0f);
// Желтый
glColor3ub(255,255,0);
glVertex3f(0.0f, 0.0f, -56.0f);
glVertex3f(0.0f, 15.0f, 30.0f);
glVertex3f(15.0f,0.0f,30.0f);
// Голубой
glColor3ub(0, 255, 255);
glVertex3f(15.0f,0.0f,30.0f);
glVertex3f(-15.0f, 0.0f, 30.0f);
glVertex3f(0.0f, 0.0f, -56.0f);
///////////////////////////////////////////
// Левое крыло
// Большой треугольник для основания крыла
// Серый
glColor3ub(128,128,128);
glVertex3f(0.0f,2.0f,27.0f);
glVertex3f(-60.0f, 2.0f, -8.0f);
glVertex3f(60.0f, 2.0f, -8.0f);
// Темно - серый
glColor3ub(64,64,64);
glVertex3f(60.0f, 2.0f, -8.0f);
glVertex3f(0.0f, 7.0f, -8.0f);
glVertex3f(0.0f,2.0f,27.0f);
// Светло - серый
glColor3ub(192,192,192);
glVertex3f(60.0f, 2.0f, -8.0f);
glVertex3f(-60.0f, 2.0f, -8.0f);
glVertex3f(0.0f,7.0f,-8.0f);
// Другое крыло верхней секции
// Темно - серый
glColor3ub(64,64,64);
glVertex3f(0.0f,2.0f,27.0f);
glVertex3f(0.0f, 7.0f, -8.0f);
glVertex3f(-60.0f, 2.0f, -8.0f);
///////////////////////////////////////////
// Хвост
// Розовый
glColor3ub(255,128,255);
glVertex3f(-30.0f, -0.50f, -57.0f);
glVertex3f(30.0f, -0.50f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f,-0.50f,-40.0f);
// Верхняя левая сторона
// Коричневый
glColor3ub(255,128,0);
glVertex3f(0.0f,-0.5f,-40.0f);
glVertex3f(30.0f, -0.5f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f, 4.0f, -57.0f);
// Верхняя правая сторона
// Коричневый
glColor3ub(255,128,0);
glVertex3f(0.0f, 4.0f, -57.0f);
glVertex3f(-30.0f, -0.5f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f,-0.5f,-40.0f);
// Оборотная нижняя часть
// Белый
glColor3ub(255,255,255);
glVertex3f(30.0f,-0.5f,-57.0f);
glVertex3f(-30.0f, -0.5f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f, 4.0f, -57.0f);
// Красный
glColor3ub(255,0,0);
glVertex3f(0.0f,0.5f,-40.0f);
glVertex3f(3.0f, 0.5f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f, 25.0f, -65.0f);
// Красный
glColor3ub(255,0,0);
glVertex3f(0.0f, 25.0f, -65.0f);
glVertex3f(-3.0f, 0.5f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f,0.5f,-40.0f);
// Серый
glColor3ub(128,128,128);
glVertex3f(3.0f,0.5f,-57.0f);
glVertex3f(-3.0f, 0.5f, -57.0f);
glVertex3f(0.0f, 25.0f, -65.0f);
glEnd(); // О самолете
glPopMatrix();
// Переключить буфер
glutSwapBuffers();
}
//**********************************************************
// Функция обратного вызова для рисования сцены
void RenderSceneJet(void)
{
// Сбрасываем буфер цвета и буфер глубины
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
// Рисуем сцену
Jet();
// Прокачка сообщений
glFlush();
}
//**********************************************************
// Вызывается библиотекой GLUT при изменении размеров окна
// для второго упражнения Jet
void ChangeSizeJet(int width, int height)
{
// Индивидуальные настройки для упражнения
glEnable(GL_DEPTH_TEST); // Включить тест глубины
glEnable(GL_CULL_FACE); // Отображать только лицевую сторону
glFrontFace(GL_CCW); // Считать лицевым обход против часовой стрелки
glClearColor(0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f);// Цвет фона окна
// Предотвращаем деление на нуль
if(height == 0)
height = 1;
// Устанавливаем поле просмотра с размерами окна
glViewport(0, 0, width, height);
// Устанавливает матрицу преобразования в режим проецирования
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
glLoadIdentity();
// Устанавливаем размеры ортогонального отсекающего объема
GLfloat aspectRatio = (GLfloat)width / (GLfloat)height;// Для соблюдения пропорций
GLfloat nRange = 80.0f;
if (width <= height)
glOrtho (-nRange, nRange, -nRange / aspectRatio, nRange / aspectRatio, -nRange, nRange);
else
glOrtho (-nRange * aspectRatio, nRange * aspectRatio, -nRange, nRange, -nRange, nRange);
// Восстановливает матрицу преобразования в исходный режим вида
glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
}
Листинг
23.6.
Код файла Jet.h без использования освещения
-
Модифицируйте
файл LightAndMaterial.cpp следующим образом
// LightAndMaterial.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
//**********************************************************
// Подключение стандартного файла с библиотекой OpenGL
#include "stdafx.h"
//**********************************************************
// Прототипы функций
void ExecuteMenu(int); // Контекстное меню первого уровня
void TimerFunc(int); // Обработчик события таймера
void SpecialKeys(int, int, int); // Обработка нажатия клавиш
void RenderScene(void); // Функция рендеринга
void ChangeSize(int, int); // Функция установки отсекающего объема
// Глобальная переменная выбранного варианта основного меню
int choice = 1;
// Глобальные переменные для создания вращения
// в градусах
GLfloat xRot = 0.0f;
GLfloat yRot = 0.0f;
GLfloat zRot = 0.0f;
GLint w, h; // Ширина и высота экрана
//**********************************************************
// Подключение файлов с упражнениями
#include "ColorCube.h" // Упражнение 1: "1) Куб цвета"
#include "Jet.h" // Упражнение 2: "2) Самолет без освещения"
//**********************************************************
// Функция обратного вызова обработки выбора пользователя
void ExecuteMenu(int choice)
{
// Сбрасываем углы вращения прежнего варианта
xRot = yRot = zRot = 0;
// Запоминаем выбор в глобальную переменную
::choice = choice;
switch(::choice)
{
case 1:
ChangeSizeColorCube(w, h);
break;
case 2:
ChangeSizeJet(w, h);
break;
}
// Вызвать принудительно визуализацию
glutPostRedisplay();
}
//**********************************************************
// Функция обратного вызова для рисования сцены
void RenderScene(void)
{
switch(::choice)
{
case 1:
RenderSceneColorCube();
break;
case 2:
RenderSceneJet();
break;
}
}
//**********************************************************
// Вызывается библиотекой GLUT при изменении размеров окна
void ChangeSize(int width, int height)
{
w = width;
h = height;
switch(::choice)
{
case 1:
ChangeSizeColorCube(width, height);
break;
case 2:
ChangeSizeJet(width, height);
break;
}
}
//**********************************************************
// Обработчик события таймера
void TimerFunc(int value)
{
glutPostRedisplay(); // Перерисовка сцены
glutTimerFunc(30, TimerFunc, 1); // Заряжаем новый таймер
}
//**********************************************************
// Управление с клавиатуры стрелками
// для задания новых значений матрицы поворота
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
if(key == GLUT_KEY_UP) // Стрелка вверх
xRot -= 5.0f;
if(key == GLUT_KEY_DOWN)// Стрелка вниз
xRot += 5.0f;
if(key == GLUT_KEY_LEFT)// Стрелка влево
yRot -= 5.0f;
if(key == GLUT_KEY_RIGHT)// Стрелка вправо
yRot += 5.0f;
xRot = (GLfloat)((const int)xRot % 360);
yRot = (GLfloat)((const int)yRot % 360);
// Вызвать принудительно визуализацию с помощью RenderScene()
glutPostRedisplay();
}
//**********************************************************
void main(int argc, char* argv[])
{
glutInit(&argc, argv);
// Двойная буферизация, цветовая модель RGB, буфер глубины
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
glutInitWindowSize(300, 300); // Начальные размеры окна
glutCreateWindow("Свет и материалы"); // Заголовок окна
glutDisplayFunc(RenderScene); // Обновление сцены при разрушении окна
glutReshapeFunc(ChangeSize); // При изменении размера окна
glutTimerFunc(100, TimerFunc, 1); // Создали таймер
glutSpecialFunc(SpecialKeys); // Для управления с клавиатуры
// Создание меню и добавление опций выбора
glutCreateMenu(ExecuteMenu);
glutAddMenuEntry("1) Куб цвета", 1);
glutAddMenuEntry("2) Самолет без освещения", 2);
glutAttachMenu(GLUT_RIGHT_BUTTON);// Присоединяем
// Конец создания меню
glutMainLoop(); // Цикл сообщений графического окна
}
Листинг
23.7.
Дополненный файл LightAndMaterial.cpp
-
Разберитесь
с кодом, запустите упражнение, поуправляйте изображением
с помощью клавиш-стрелок, полюбуйтесь самолетом.
Снимки экрана могут быть такими
Обратите внимание, что в данном коде мы никакого освещения сцены не применяли. Самолет разукрашен автономными цветными поверхностями составляющих треугольников. Начнем реализацию освещения на самом простом примере - рисовании освещенной сферы.


