实验七 OpenGL光照效果

1、1. 实验七OpenGL光照效果（选做）1. 实验七：OpenGL光照效果。2. 实验目的：通过上机编程，熟悉并掌握OpenGL中光照效果的制造方法。3. 实验要求：（1） 先做实验项目：实验六“OpenGL组合图形”。（2） 每人一组，独立完成。（3） 利用OpenGL提供的颜色、光源、材质设置，对实验六“OpenGL组合图形”中自己设计的物体设置绘制颜色和材质参数，并在场景中添加光源，形成一定的光照明暗效果。4. 实验原理及内容：在现实世界中，光线和物体的材质共同决定了物体在人眼中的效果。OpenGL中则涉及到绘制颜色、物体的材质参数、场景中的光源颜色和位置，以此达到一定的真实感光照效果。

2、（1） 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0.01.0。在该函数之后绘制的所有物体都将使用该颜色。（2） 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

3、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。计算混合光的亮度时，则把相应的颜色亮度叠加即可，例如：环境光为(R1, G1, B1)，散射光为(R

4、2, G2, B2)，镜面光为(R3, G3, B3)，则混合后的光线为(R1+R2+R3, G1+G2+G3, B1+B2+B3)。（3） 材质：材质是物体本身的一种属性，主要用来表征物体对不同颜色、不同类型光线的反射、吸收性能。在OpenGL中设置材质参数，就是要指定这种材质对环境光、散射光、镜面光的反射能力，有时还需要说明该种材质是否具有发光能力。在最终绘制每个像素时，OpenGL自行将物体材质的各分量与光线的各分量相乘再叠加，从而得到每个像素的RGB值。例如：光线为(R, G, B)，材质为(MR, MG, MB)，则最终绘制时颜色为(MR*R, MG*G, MB*B)。（4） 获得光

5、照效果的一般过程为：a) 使能光照：glEnable(GL_LIGHTING);b) 设置一种光照模式：glLightModel*(); 如果只需要普通的无方向的环境光：GLfloat light_ambient=red, green, blue, alpha;/环境光的分值/全局环境光的默认取值为(0.2, 0.2, 0.2, 1.0)glLightModel*(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, light_ambient); 如果需要在某个具体位置上放置某个光源，例如：GLfloat light_ambient=0.3, 0.3, 0.3, 1.0;/环境光glLightfv

6、(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);GLfloat light_diffuse=0.7, 0.7, 0.7, 1.0;/散射光glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);GLfloat light_specular=1.0, 1.0, 1.0, 1.0;/镜面光glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);GLfloat light_position=0.0, 0.0, 0.0, 1.0;/光的位置glLightfv(GL_LIGHT0, GL_P

7、OSITION, light_position);glEnable(GL_LIGHT0);/使能GL_LIGHT0光源OpenGL至少支持8种独立光源，用来指定这8个光源的常量为GL_LIGHT0GL_LIGHT7。利用glLight*()函数还可以指定聚光灯、衰减因子等参数。c) 设置材质属性： 方法一：使用glMaterial*()设置材质，例如：GLfloat mat=0.75f, 0.75f, 0.75f, 1.0f;/材质中的环境和散射glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, mat);GLfloat mat_shininess=5

8、0.0f;/材质的光亮度glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);GLfloat mat_emission=0.75f, 0.75f, 0.75f, 1.0f;/材质的发光glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission); 方法二：使用颜色跟踪法，即直接利用glColor*()设置的颜色来设置材质，这种方法使用起来更加方便。例如：glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);/使能颜色跟踪glColorMaterial(GL_FRONT, GL_AMBIENT_AND_DI

9、FFUSE);glColor3f(0.75, 0.75, 0.75);d) 绘制物体：对于有独立光源的场景，绘制的物体应事先计算好法线矢量。 对于直接使用glu和aux库函数绘制的图元，OpenGL将自动计算其法线； 对于使用glBegin()和glEnd()逐点绘制的图元，则需要使用glNormal*()函数来指定法线。一般来说，光源和材质的环境光和散射光成分相同，对物体的颜色有最重要的决定作用。镜面光成分和材质属性趋向于浅灰色或白色，镜面光成分主要依赖于入射角度，物体上的亮斑往往是白色的。5. 实验软硬件环境：PC机，Windows 2000，VC+6. 实验步骤和方法：本实验重点在于熟悉

10、OpenGL光照模型和光源的设置方法，对编程工具、语言、工程类型等没有严格要求。下面是以Visual C+ 6.0作为开发环境，创建Win32应用程序工程为例进行的步骤说明，有兴趣的同学也可以使用更高版本的编程工具。（1） 启动Visual C+ 6.0；（2） 新建一个“Win32 Application”类型的Project，Project的名字应为“学号_7”，指定保存位置后单击“确定”按钮；（3） 在工程向导第一步界面中选择“A simple Win32 application.”，单击“Finish”按钮；（4） 弹出工程信息对话框，确认信息无误后单击“确定”按钮，VC将自动创建好一

11、个Win32应用程序框架；（5） 参考“A01_OpenGL的程序框架”文件夹中的源代码，在自己的工程中添加相应的框架代码（参考程序中将OpenGL框架做成了一个类）；注意： 程序中要正确包含OpenGL的头文件和库文件，否则编译出错； 添加代码时，注意头文件中要增加函数的声明。（6） 编译连接自己的OpenGL框架程序，运行结果应为一个空窗口；（7） 将实验六“OpenGL组合图形”完成的组合物体的相应源代码拷贝到本实验的工程中；（8） 添加上设置光源、材质的语句，要求场景中至少有两个光源；注意： 先设置光源和材质，再绘制物体； 绘制的物体要注意法线的计算问题，否则无法体现光源的光照效果；

12、请参考“A03_OpenGL的组合图形”文件夹中的程序（参考程序中将光源的设置代码放置在bsipic:light0方法中，然后在OpenGL类的SetupPixelFormat方法中调用）。（9） 编译连接自己的程序，多尝试几种光照模型，寻找最佳效果，完成本次实验。注意： 代码调试成功后，可编译成一个release发布版本（选择菜单栏中“Compile”下的“Set Active Configuration”菜单项，在出现的对话框中选中“release”，重新编译即可）。7. 实验预习要求：阅读OpenGL相关资料，了解颜色、光照、材质等方面的内容。8. 思考题：无9. 评分标准：（1） 能正确在自己设计的组合物体上打出光照阴影效果（80）；（2） 实验报告编写认真详细，按时上交（20）。10. 实验报告：要求提交1份实验报告、源程序代码（电子档）。实