SharpGL学习笔记(十四) 材质：十二个材质球
材质颜色
OpenGL用材料对光的红、绿、蓝三原色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。
在真实世界中，白色物体在绿光照射下看起来是绿色而不是白色，红色物体在绿光照射下看起来是黑色，而有时同样颜色的物体在同样的光照下亮度却不同，这都是由于物体的材质不同造成的．场景中物体的颜色取决于物体材质的反射和透射属性．
材质RGB值与光源RGB值的关系
材质的颜色与光源的颜色有些不同。对于光源，R、G、B值等于R、G、B对其最大强度的百分比。若光源颜色的R、G、B值都是1.0，则是最强的白光；若值变为0.5，颜色仍为白色，但强度为原来的一半，于是表现为灰色；
若R＝G＝1.0，B＝0.0，则光源为黄色。对于材质，R、G、B值为材质对光的R、G、B成分的反射率。比如，一种材质的R＝1.0、G＝0.5、B＝0.0，则材质反射全部的红色成分，一半的绿色成分，不反射蓝色成分。也就是说，若OpenGL的光源颜色为（LR、LG、LB），材质颜色为（MR、MG、MB），那么，在忽略所有其他反射效果的情况下，最终到达眼睛的光的颜色为（LR*MR、LG*MG、LB*MB）。
同样，如果有两束光，相应的值分别为（R1、G1、B1）和（R2、G2、B2），则OpenGL将各个颜色成分相加，得到（R1+R2、G1+G2、B1+B2），若任一成分的和值大于1（超出了设备所能显示的亮度）则约简到1.0。下面一例程就说明了二者之间的关系。
材质的函数原型为：
public void Material(uint face, uint pname, float[] parameters);
face取值指明材质属性将应用于物体的哪个面：
GL_FRONT 正面
GL_BACK 背面
GL_FRONT_AND_BACK 双面
pnam指出要设置的哪种材质属性，见下面表：
|
参数名 |
缺省值 |
说明 |
|
GL_AMBIENT |
(0.2, 0.2, 0.2, 1.0) |
材料的环境光颜色 |
|
GL_DIFFUSE |
(0.8, 0.8, 0.8, 1.0) |
材料的漫反射光颜色 |
|
GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE |
? |
材料的环境光和漫反射光颜色 |
|
GL_SPECULAR |
(0.0, 0.0, 0.0, 1.0) |
材料的镜面反射光颜色 |
|
GL_SHINESS |
0.0 |
镜面指数（光亮度） |
|
GL_EMISSION |
(0.0, 0.0, 0.0, 1.0) |
材料的辐射光颜色 |
|
GL_COLOR_INDEXES |
(0, 1, 1) |
材料的环境光、漫反射光和镜面光颜色 |
|
函数glMaterial*()参数pname的缺省值 |
||
源代码如下:
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using SharpGL; namespace SharpGLWinformsApplication1
{
//原创文章,出自"博客园, 猪悟能'S博客" : http://www.cnblogs.com/hackpig/
public partial class SharpGLForm : Form
{
float[] fLightPosition = new float[] { 0.0f, 3.0f, 2.0f, 0.0f}; //5f, 8f, -8f, 1f };// 光源位置
float[] fLightAmbient = new float[] { 0f,0f, 0f, 1f };// 环境光参数
float[] fLightDiffuse = new float[] { 1f,1f, 1f, 1f };// 漫射光参数
float[] fLightSpecular = new float[] { 1f, 1f, 1f, 1f }; //镜面反射 public SharpGLForm()
{
InitializeComponent();
} private void openGLControl_OpenGLDraw(object sender, PaintEventArgs e)
{
OpenGL gl = openGLControl.OpenGL;
gl.Clear(OpenGL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | OpenGL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT); draw(gl);
} private void openGLControl_OpenGLInitialized(object sender, EventArgs e)
{
OpenGL gl = openGLControl.OpenGL;
gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_AMBIENT, fLightAmbient);//环境光源
gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_DIFFUSE, fLightDiffuse);//漫射光源
gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_POSITION, fLightPosition);//光源位置
//gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_SPECULAR, fLightSpecular); gl.ClearColor(0.0f, 0.2f, 0.2f, 0.0f);
gl.ClearDepth(1f);
gl.DepthFunc(OpenGL.GL_LEQUAL);
gl.Enable(OpenGL.GL_DEPTH_TEST);
gl.ShadeModel(OpenGL.GL_SMOOTH); gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHTING);//开启光照
gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHT0);
gl.Enable(OpenGL.GL_NORMALIZE);
} private void openGLControl_Resized(object sender, EventArgs e)
{
OpenGL gl = openGLControl.OpenGL;
gl.MatrixMode(OpenGL.GL_PROJECTION);
gl.LoadIdentity();
gl.Perspective(45f, (double)Width / (double)Height, , 100.0);
gl.MatrixMode(OpenGL.GL_MODELVIEW);
} private void draw(OpenGL Gl)
{
///定义材质属性值
float[] no_mat = new float[] { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; // 无材质颜色
float[] mat_ambient = new float[] { 0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f }; // 环境颜色
float[] mat_ambient_color = new float[] { 0.8f, 0.6f, 0.2f, 1.0f };
float[] mat_diffuse = new float[] { 0.2f, 0.5f, 0.8f, 1.0f }; // 散射颜色
float[] mat_specular = new float[] { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; // 镜面反射颜色
float[] no_shininess = new float[] { 0.0f }; // 镜面反射指数为0
float[] low_shininess = new float[] { 5.0f }; // 镜面反射指数为5.0
float[] high_shininess = new float[] { 100.0f }; // 镜面反射指数为100.0
float[] mat_emission = new float[] { 0.3f, 0.2f, 0.3f, 0.0f }; // 发射光颜色 //清除缓存并重置单位矩阵
Gl.LoadIdentity(); // 第一行第一列绘制的球仅有漫反射光而无环境光和镜面光。
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(-2.0f, 1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, no_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第一行第二列绘制的球有漫反射光和镜面光，并有低高光，而无环境光
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(-0.5f, 1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, mat_specular);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, low_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第一行第三列绘制的球有漫反射光和镜面光，并有很亮的高光，而无环境光 。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(1f, 1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, mat_specular);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, high_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第一行第四列绘制的球有漫反射光和辐射光，而无环境和镜面反射光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(2.5f, 1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, no_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, mat_emission);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第二行第一列绘制的球有漫反射光和环境光，而镜面反射光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(-2.0f, 0f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, no_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第二行第二列绘制的球有漫反射光、环境光和镜面光，且有低高光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(-0.5f, 0f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, mat_specular);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, low_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第二行第三列绘制的球有漫反射光、环境光和镜面光，且有很亮的高光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(1f, 0f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, mat_specular);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, high_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第二行第四列绘制的球有漫反射光、环境光和辐射光，而无镜面光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(2.5f, 0f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, no_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, mat_emission);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第三行第一列绘制的球有漫反射光和有颜色的环境光，而无镜面光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(-2.0f, -1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient_color);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, no_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第三行第二列绘制的球有漫反射光和有颜色的环境光以及镜面光，且有低高光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(-0.5f, -1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient_color);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, mat_specular);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, low_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第三行第三列绘制的球有漫反射光和有颜色的环境光以及镜面光，且有很亮的高光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(1f, -1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient_color);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, mat_specular);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, high_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, no_mat);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); // 第三行第四列绘制的球有漫反射光和有颜色的环境光以及辐射光，而无镜面光。*/
Gl.PushMatrix();
Gl.Translate(2.5f, -1.5f, -7.0f);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_AMBIENT, mat_ambient_color);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SPECULAR, no_mat);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_SHININESS, no_shininess);
Gl.Material(OpenGL.GL_FRONT, OpenGL.GL_EMISSION, mat_emission);
drawSphere(Gl, 0f, 0f, 0f, 0.5f, , , false); //(0.3f);
Gl.PopMatrix(); Gl.Flush();
} private void drawBox(OpenGL gl, float xPos, float yPos, float zPos)
{
gl.PushMatrix();
gl.Translate(xPos, yPos, zPos); gl.Begin(OpenGL.GL_QUADS); //前
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, , );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, , );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, -, );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, -, ); //底
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, , );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, , -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, , -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, , ); //左
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, , );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, , -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, -, -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, -, ); //右
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, , );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, , -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, -, -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, -, ); //后
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, , -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, , -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, -, -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, -, -); //顶
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, -, );
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(, -, -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, -, -);
gl.TexCoord(, ); gl.Vertex(-, -, ); gl.End();
gl.PopMatrix(); } void drawSphere(OpenGL gl,float x,float y,float z, double radius, int segx, int segy, bool isLines)
{
gl.PushMatrix();
gl.Translate(x, y, z);
var sphere = gl.NewQuadric(); if (isLines)
gl.QuadricDrawStyle(sphere, OpenGL.GL_LINES);
else
gl.QuadricDrawStyle(sphere, OpenGL.GL_QUADS);
gl.QuadricNormals(sphere, OpenGL.GLU_SMOOTH);
gl.QuadricOrientation(sphere, (int)OpenGL.GLU_OUTSIDE);
gl.QuadricTexture(sphere, (int)OpenGL.GL_FALSE);
gl.Sphere(sphere, radius, segx, segy);
gl.DeleteQuadric(sphere);
gl.PopMatrix();
} void drawSphere1(OpenGL gl, float xx, float yy, float zz, float radius, float M, float N, bool isLines)
{
const float PI = 3.1415926f;
float step_z = (float)Math.PI / M;
float step_xy = * PI / N;
float[] x = new float[] { , , , };
float[] y = new float[] { , , , };
float[] z = new float[] { , , , }; float angle_z = 0.0f;
float angle_xy = 0.0f;
int i = , j = ;
gl.Begin(OpenGL.GL_QUADS); for (i = ; i < M; i++)
{
angle_z = i * step_z;
for (j = ; j < N; j++)
{
angle_xy = j * step_xy; x[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Cos(angle_xy));
y[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Sin(angle_xy));
z[] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z)); x[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Cos(angle_xy));
y[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Sin(angle_xy));
z[] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z + step_z)); x[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Cos(angle_xy + step_xy));
y[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Sin(angle_xy + step_xy));
z[] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z + step_z)); x[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Cos(angle_xy + step_xy));
y[] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Sin(angle_xy + step_xy));
z[] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z)); for (int k = ; k < ; k++)
{
gl.Normal(-, -, -);
gl.Vertex(xx + x[k], yy + y[k], zz + z[k]);
}
}
}
gl.End();
} }
}
效果如下图所示:
以上程序运行结果是绘制12个球（3行4列）。第一行的球材质都没有环境反射光，第二行的都有一定的环境反射光，第三行的都有某种颜色的环境光。而第一列的球材质仅有蓝色的漫反射光；第二列的不仅有蓝漫反射光，而且还有镜面反射光，较低的高光；第三列的不仅有蓝漫反射光，而且还有镜面反射光，很亮的高光；第四列的还包括辐射光，但无镜面光。
这个程序运用矩阵堆栈多次调用glMaterialfv()来设置每个球的材质，也就是改变同一场景中的不同物体的颜色。但由于这个函数的应用有个性能开销，因此建议最好尽可能少的改变材质，以减少改变材质时所带来的性能开销，可采用另一种方式即改变材质颜色，相应函数为glColorMaterial()，说明如下：
void ColorMaterial(GLenum face,GLenummode);
函数参数face指定面，值有GL_FRONT、GL_BACK或GL_FRONT_AND_BACK（缺省值）。mode指定材质成分，值有GL_AMBIENT、GL_DIFFUSE、GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE（缺省值）、GL_SPECULAR或GLEMISSION。
注意：这个函数说明了两个独立的值，第一个参数说明哪一个面和哪些面被修改，而第二个参数说明这些面的哪一个或哪些材质成分要被修改。OpenGL并不为每一种face保持独立的mode变量。在调用ColorMterial()以后，首先需要用GL_COLOR_MATERIAL作为参数调用glEnable()来启动颜色材质，然后在绘图时调用glColor*()来改变当前颜色，或用Material()来改变材质成分。当不用这种方式来改变材质时，可调用Disable(GL_COLOR_MATERIAL)来关闭取消。如下面一段代码：
ColorMaterial(GL_FRONT,GL_DIFFUSE);
Enable(GL_COLOR_MATERIAL);
Color(0.3,0.5,0.7);
//这里画对象
glcolor3f(0.0,1.0,0.0);
//这里画对象
Disable(GL_COLOR_MATERIAL);
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