第07课 OpenGL 光照和键盘（1）

光照和键盘控制:

在这一课里，我们将添加光照和键盘控制，它让程序看起来更美观。

这一课我会教您如何使用三种不同的纹理滤波方式。教您如何使用键盘来移动场景中的对象，还会教您在OpenGL场景中应用简单的光照。这一课包含了很多内容，如果您对前面的课程有疑问的话，先回头复习一下。进入后面的代码之前，很好的理解基础知识十分重要。
我们还是在第一课的代码上加以修改。跟以前不一样的是，只要有任何大的改动，我都会写出整段代码。程序开始，我们先加上几个新的变量。

下面几行是新的。我们增加三个布尔变量。 light 变量跟踪光照是否打开。变量lp和fp用来存储'L' 和'F'键是否按下的状态。后面我会解释这些变量的重要性。现在，先放在一边吧。

BOOL    light;                                    // 光源的开/关

BOOL    lp;                                    // L键按下了么?

BOOL    fp;                                    // F键按下了么?

现在设置5个变量来控制绕x轴和y轴旋转角度的步长，以及绕x轴和y轴的旋转速度。另外还创建了一个z变量来控制进入屏幕深处的距离。

GLfloat    xrot;                                    // X 旋转

GLfloat    yrot;                                    // Y 旋转

GLfloat xspeed;                                    // X 旋转速度

GLfloat yspeed;                                    // Y 旋转速度

GLfloat    z=-5.0f;                                // 深入屏幕的距离

接着设置用来创建光源的数组。我们将使用两种不同的光。第一种称为环境光。环境光来自于四面八方。所有场景中的对象都处于环境光的照射中。第二种类型的光源叫做漫射光。漫射光由特定的光源产生，并在您的场景中的对象表面上产生反射。处于漫射光直接照射下的任何对象表面都变得很亮，而几乎未被照射到的区域就显得要暗一些。这样在我们所创建的木板箱的棱边上就会产生的很不错的阴影效果。
创建光源的过程和颜色的创建完全一致。前三个参数分别是RGB三色分量，最后一个是alpha通道参数。
因此，下面的代码我们得到的是半亮(0.5f)的白色环境光。如果没有环境光，未被漫射光照到的地方会变得十分黑暗。

GLfloat LightAmbient[]= { 0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f };                 // 环境光参数

下一行代码我们生成最亮的漫射光。所有的参数值都取成最大值1.0f。它将照在我们木板箱的前面，看起来挺好。

GLfloat LightDiffuse[]= { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };                 // 漫射光参数

最后我们保存光源的位置。前三个参数和glTranslate中的一样。依次分别是XYZ轴上的位移。由于我们想要光线直接照射在木箱的正面，所以XY轴上的位移都是0.0f。第三个值是Z轴上的位移。为了保证光线总在木箱的前面，所以我们将光源的位置朝着观察者(就是您哪。)挪出屏幕。我们通常将屏幕也就是显示器的屏幕玻璃所处的位置称作Z轴的0.0f点。所以Z轴上的位移最后定为2.0f。假如您能够看见光源的话，它就浮在您显示器的前方。当然，如果木箱不在显示器的屏幕玻璃后面的话，您也无法看见箱子。『译者注：我很欣赏NeHe的耐心。说真的有时我都打烦了，这么简单的事他这么废话干嘛？但如果什么都清楚，您还会翻着这样的页面看个没完么？』
最后一个参数取为1.0f。这将告诉OpenGL这里指定的坐标就是光源的位置，以后的教程中我会多加解释。

GLfloat LightPosition[]= { 0.0f, 0.0f, 2.0f, 1.0f };                 // 光源位置

filter 变量跟踪显示时所采用的纹理类型。第一种纹理(texture 0) 使用gl_nearest(不光滑)滤波方式构建。第二种纹理 (texture 1) 使用gl_linear(线性滤波) 方式，离屏幕越近的图像看起来就越光滑。第三种纹理 (texture 2) 使用 mipmapped滤波方式,这将创建一个外观十分优秀的纹理。根据我们的使用类型，filter 变量的值分别等于 0, 1 或 2 。下面我们从第一种纹理开始。
GLuint texture[3] 为三种不同纹理分配储存空间。它们分别位于在 texture[0], texture[1] 和 texture[2]中。

GLuint    filter;                                    // 滤波类型

GLuint    texture[3];                                // 3种纹理的储存空间

现在载入一个位图，并用它创建三种不同的纹理。这一课使用glaux辅助库来载入位图，因此在编译时您应该确认是否包含了glaux库。我知道Delphi和VC++都包含了glaux库，但别的语言不能保证都有。『译者注：glaux是OpenGL辅助库，根据OpenGL的跨平台特性，所有平台上的代码都应通用。但辅助库不是正式的OpenGL标准库，没有出现在所有的平台上。但正好在Win32平台上可用。呵呵，BCB当然也没问题了。』这里我只对新增的代码做注解。如果您对某行代码有疑问的话，请查看教程六。那一课很详细的解释了载入、创建纹理的内容。
在上一段代码后面及ReSizeGLScene()之前的位置，我们增加了下面的代码。这和第六课中载入位图的代码几乎相同。

这段代码调用前面的代码载入位图，并将其转换成3个纹理。Status 变量跟踪纹理是否已载入并被创建了。

int LoadGLTextures()                                // 载入位图并转换成纹理
{
    int Status=FALSE;                            // 状态指示器

    AUX_RGBImageRec *TextureImage[1];                    // 创建纹理的存储空间

    memset(TextureImage,0,sizeof(void *)*1);                // 将指针设为 NULL

现在载入位图并转换成纹理。TextureImage[0]=LoadBMP("Data/Crate.bmp")调用我们的LoadBMP()函数。Data目录下的Crate.bmp将被载入。如果一切正常，图像数据将存放在TextureImage[0]。Status变量被设为TRUE，我们将开始创建纹理。

    // 载入位图，检查有错，或位图不存在的话退出
    if (TextureImage[0]=LoadBMP("Data/Crate.bmp"))
    {
        Status=TRUE;                            // 状态设为 TRUE

现在我们已经将图像数据载入TextureImage[0]。我们将用它来创建3个纹理。下面的行告诉OpenGL我们要创建三个纹理，它们将存放在texture[0], texture[1] 和 texture[2] 中。

        glGenTextures(3, &texture[0]);                    // 创建纹理

第六课中我们使用了线性滤波的纹理贴图。这需要机器有相当高的处理能力，但它们看起来很不错。这一课中，我们接着要创建的第一种纹理使用 GL_NEAREST方式。从原理上讲，这种方式没有真正进行滤波。它只占用很小的处理能力，看起来也很差。唯一的好处是这样我们的工程在很快和很慢的机器上都可以正常运行。
您会注意到我们在 MIN 和 MAG 时都采用了GL_NEAREST,你可以混合使用 GL_NEAREST 和 GL_LINEAR。纹理看起来效果会好些，但我们更关心速度，所以全采用低质量贴图。MIN_FILTER在图像绘制时小于贴图的原始尺寸时采用。MAG_FILTER在图像绘制时大于贴图的原始尺寸时采用。

        // 创建 Nearest 滤波贴图

        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);

        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_NEAREST); 

        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_NEAREST); 

        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[0]->sizeX, TextureImage[0]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[0]->data);

The next texture we build is the same type of texture we used in tutorial six. Linear filtered. The only thing that has changed is that we are storing this texture in texture[1] instead of texture[0] because it's our second texture. If we stored it in texture[0] like above, it would overwrite the GL_NEAREST texture (the first texture).

        // 创建线性滤波纹理

        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[1]);

        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);

        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);

        glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[0]->sizeX, TextureImage[0]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[0]->data);

下面是创建纹理的新方法。 Mipmapping!『译者注：这个词的中文我翻不出来，不过没关系。看完这一段，您就知道意思最重要。』您可能会注意到当图像在屏幕上变得很小的时候，很多细节将会丢失。刚才还很不错的图案变得很难看。当您告诉OpenGL创建一个 mipmapped的纹理后，OpenGL将尝试创建不同尺寸的高质量纹理。当您向屏幕绘制一个 mipmapped纹理的时候，OpenGL将选择它已经创建的外观最佳的纹理(带有更多细节)来绘制，而不仅仅是缩放原先的图像(这将导致细节丢失)。
我曾经说过有办法可以绕过OpenGL对纹理宽度和高度所加的限制——64、128、256，等等。办法就是 gluBuild2DMipmaps。据我的发现，您可以使用任意的位图来创建纹理。OpenGL将自动将它缩放到正常的大小。
因为是第三个纹理，我们将它存到texture[2]。这样本课中的三个纹理全都创建好了。

        // 创建 MipMapped 纹理

        glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[2]);

        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);

        glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST); 

下面一行生成 mipmapped 纹理。我们使用三种颜色(红，绿，蓝)来生成一个2D纹理。TextureImage[0]->sizeX 是位图宽度，extureImage[0]->sizeY 是位图高度，GL_RGB意味着我们依次使用RGB色彩。GL_UNSIGNED_BYTE 意味着纹理数据的单位是字节。TextureImage[0]->data指向我们创建纹理所用的位图。

        gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D, 3, TextureImage[0]->sizeX, TextureImage[0]->sizeY, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[0]->data);
    }

现在释放用来存放位图数据的内存。我们先查看位图数据是否存放在 TextureImage[0] 中，如果有，删掉。然后释放位图结构以确保内存被释放。

    if (TextureImage[0])                            // 纹理是否存在
    {
        if (TextureImage[0]->data)                    // 纹理图像是否存在
        {
            free(TextureImage[0]->data);                // 释放纹理图像占用的内存
        }
        free(TextureImage[0]);                        // 释放图像结构
    }

最后我们返回 status 变量。如果一切OK，status 变量的值为TRUE。否则为FALSE。

    return Status;                                // 返回 Status 变量
}

接着应该载入纹理并初始化OpenGL设置了。InitGL函数的第一行使用上面的代码载入纹理。创建纹理之后，我们调用
glEnable(GL_TEXTURE_2D)启用2D纹理映射。阴影模式设为平滑阴影( smooth shading ）。背景色设为黑色，我们启用深度测试，然后我们启用优化透视计算。

现在开始设置光源。下面下面一行设置环境光的发光量，光源light1开始发光。这一课的开始处我们我们将环境光的发光量存放在LightAmbient数组中。现在我们就使用此数组(半亮度环境光)。在int InitGL(GLvoid)函数中添加下面的代码。

    glLightfv(GL_LIGHT1, GL_AMBIENT, LightAmbient);                // 设置环境光

接下来我们设置漫射光的发光量。它存放在LightDiffuse数组中(全亮度白光)。

    glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, LightDiffuse);                // 设置漫射光

然后设置光源的位置。位置存放在 LightPosition 数组中(正好位于木箱前面的中心，X－0.0f，Y－0.0f，Z方向移向观察者2个单位<位于屏幕外面>)。

    glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION,LightPosition);            // 设置光源位置

最后，我们启用一号光源。我们还没有启用GL_LIGHTING，所以您看不见任何光线。记住：只对光源进行设置、定位、甚至启用，光源都不会工作。除非我们启用GL_LIGHTING。

    glEnable(GL_LIGHT1);                            // 启用一号光源