OpenGL之使用光照和材质

OpenGL完全教程 第五章 颜色、光照和材质作者：何咏 日期：2006-2-3 20:53:31 点击：4493如需转载本文，请声明作者及出处。

第五章 颜色、光照和材质在第四章的示例程序中，我们使用了光照效果，这使得图形更加逼真。

本章就要具体讲解OpenGL 中的色彩调配和光照系统。

学习本章，你将了解：•在OpenGL中设置物体的颜色•OpenGL中光源的种类及创建方法•为顶点指定法线•设置物体的材质5.1 OpenGL中的颜色在未使用光照系统的前提下，我们可以直接为图元指定颜色。

在传入顶点之前调用glColor函数，就可以为即将指定的顶点设置颜色。

例如:glBegin(GL_TRIANGLES);glColor3ub(255,0,0);glVertex3f(0,1,0);glVertex3f(1,0,1);glVertex3f(1,1,0);glEnd;将绘制一个红色的三角形。

在绘制图元时，OpenGL会自动将图元的第一个顶点的颜色作为整个图元的颜色。

但有些时候，你可能希望为一个图元的各个顶点指定不同的颜色，使它们自然过度，就像图5.1-1那样。

图5.1-1这时，我们需要在绘制图元之前调用如下函数：glShadeModel(GL_SMOOTH);让OpenGL对顶点之间的颜色进行平滑过度。

你可以把参数改为GL_FLAT，禁止OpenGL对顶点进行平滑过度。

5.2 OpenGL 光照模效果的原理OpenGL的光照模型是用来模拟现实生活中的光照的。

你可以使用OpenGL中的光照模型以产生逼真的光照图象。

它根据顶点的法线向量和光源的位置决定顶点的明暗程度，根据顶点的材质和光源中三原色的成分来决定物体将表现出怎样的颜色。

有关法线是如何能够决定明暗程度的，在初中物理课本中已经有了详细的讲解，这里不再复述。

值得一提的是材质。

OpenGL中的材质并非我们平常所说的组成物体的元素(如木材、金属材质)，而是指一个物体对不同颜色的光的反射和吸收程度。

OpenGL中的光照技术研究摘要：光照处理是增强图形真实感的重要组成部分，主要研究了如何在场景中添加OpenGL光照，介绍了添加光照的基本步骤以及实现方法，并对如何设置物体的材质属性作了简要介绍。

关键词：光照；真实感；OpenGL；材质0 引言当观察一个物体时，所看到的颜色是基于光子的分布而形成的，正是这些光子刺激了人眼圆锥细胞。

这些光子可能来自单个光源，也可能来自多个光源。

有些光子被表面所吸收，有些光子则被表面所反射。

不同的表面所具有的属性不同。

物体本身如果是用光滑的材质所组成，在此情况下就会反射更多的光，人的眼睛因此也将接受到更多的光子。

如果物体是由粗糙的材质所组成，更多的光子会被其吸收或者被反射出视野之外，因此眼睛就不会接受到很多的光子，物体就会比较暗。

用OpenGL在模拟光照时，通过将光近似地分解成红、绿和蓝色分量来计算光和光照。

也就是说，一个光的颜色由此光中的红、绿和蓝色分量的数量决定。

当光照射到一个表面时，OpenGL根据其表面的材质来确定此表面所应该反射的光的红、绿和蓝色分量的百分比数量。

1 OpenGL中光的类型（1）环境光。

环境光并不来自任何特定的方向。

它来自某个光源，但光线却是在房间或场景中四处反射，没有方向性可言。

由环境光所照射的物体在所有方向上的所有表面都是均匀照亮的。

（2）散射光。

散射光来自于一个特定的方向，但它均匀地在一个表面反射开来。

虽然光是均匀反射的，但受到光线直接指向的物体表面还是比其它从某个角度受到光线掠过的表面更亮一些。

（3）镜面光。

镜面光也是有方向的，但它的反射角度很锐利，是沿一个特定的方向。

高强度镜面光趋向于在它所照射的表面上形成一个亮点。

（4）发射光。

带有发射光的物体看起来就好像自身会发光，只不过这样的光不会对场景中的其它物体产生影响。

在OpenGL 中，发射光增加了物体的亮度，但是任何光源都不会影响发射光。

2 OpenGL中添加光照的步骤在OpenGL中添加光照需要遵循以下步骤：①为每个物体的每个顶点计算法向量，法线确定了物体相对于光源的指向；②创建、选择并定位所有的光源；③创建并选择一种光照模型；④为场景中的物体定义材质属性。

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。
– 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，产生透射光。 – 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，仅仅是透射光和反射光能够进入人 眼产生视觉效果。简单光照模型只考虑被照明物体表 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。
glEnable(GL_LIGHTING);
若使光照无效，则调用gDisable(GL_LIGHTING)可 关闭当前光照。然后，必须使所定义的每个光源有效， 例中只用了一个光源，即：
glEnable(GL_LIGHT0);
其它光源类似，只是光源号不同而已。
• 材质颜色
材质
OpenGL中，材质的定义与光源的定义很相似，是通 过定义材料对红、绿、蓝三色光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。
OpenGL光组成
• 漫射光来自一个方向，它垂直于物体时比倾斜时 更明亮。一旦它照射到物体上，则在各个方向上 均匀地发散出去。于是，无论视点在哪里它都一 样亮。来自特定位置和特定方向的任何光，都可 能有散射成分。

OpenGL材质和灯光一、实验目的1、理解光照与材质在真实感图形中的作用；2、掌握OpenGL中的光照模型和参数设置方法；3、掌握OpenGL中的材质参数设置方法。

二、实验内容1、光照glLight()中各个参数的含义void glLighti (GLenum light,GLenum pname,GLint param);启用的灯光号，光源光的参数指向那个光源（灯光号）参数被设置指向启用的灯光的指针OpenGL中各个模式（如灯光的启用或禁止）的启用和禁止的函数为：glEnable( GLenum cap )、glDisable (GLenum cap );2、颜色：OpenGL通过指定红、绿、蓝（RGB）三个成分的各自亮度来确定颜色，有时还有第四个成分alpha：glColor*(red, green, blue[, alpha]);glColor()函数设置当前的绘图颜色，red、green和blue分别为红、绿、蓝的亮度，alpha为透明度，取值均为0.0~1.0。

在该函数之后绘制的所有物体都将使用该颜色。

（1）光线：OpenGL的光照模型中将光源分成四种：发射光：一个物体本身就是一个发光源，如太阳、电灯等，这种光不受其它任何光源的影响。

环境光：从光源出发后光线被环境多次反射，以致没有明确的方向，或者说来自于所有的方向。

被环境光照射的物体，各个表面都均等受光。

散射光：来自于某个方向，被物体表面均匀地反射，例如荧光照明、窗口射入的阳光等。

镜面光：来自于一个方向，被物体强烈地反射到另一个特定的方向。

高亮度的镜面光往往能在被照射的物体表面产生亮斑，如金属球上的高光区。

对于散射光和镜面光，入射角度、距离和衰减因子还会影响到最终的光照效果。

除了物体本身的发射光以外，通常意义上的光并不会是单纯的环境光、散射光或镜面光，而是由这三种类型的光混合组成的。

在OpenGL中，光也是采用RGBA值来定义的，分别描述光线中红绿蓝各成分的相对亮度。