基于C++的OpenGL 09 之材质
1. 引言
本文基于C++语言，描述OpenGL的材质
前置知识可参考：
笔者这里不过多描述每个名词、函数和细节，更详细的文档可以参考：
2. 概述
不同的物体往往具有不同的材质，不同的材质具有不同的反光特性
在冯氏光照模型中，一个物体的反光由环境光照(Ambient Lighting)、漫反射光照(Diffuse Lighting)和镜面光照(Specular Lighting)组成，通过控制这三个光照因子，可以实现不同材质的光照切换
3. 编码
首先在片段着色器中定义影响材质的的三个光照因子，另外，还需要设置一个反光度来表示高光部分的大小
定义材质因子：
#version 330 core
struct Material {
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
float shininess;
};
uniform Material material;
计算材质光照：
void main()
{
// 环境光
vec3 ambient = lightColor * material.ambient;
// 漫反射
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);
float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
vec3 diffuse = lightColor * (diff * material.diffuse);
// 镜面光
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
vec3 specular = lightColor * (spec * material.specular);
vec3 result = ambient + diffuse + specular;
FragColor = vec4(result, 1.0);
}
传输数据至GPU：
lightingShader.setVec3("material.ambient", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.diffuse", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);
结果如下：
结果不太对劲，物体亮度太高，主要是环境光照和漫反射光照太高
接下来将光照因子进行配置，使得环境光照和漫反射光照降低
定义光照因子：
struct Light {
vec3 position;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
uniform Light light;
计算材质光照：
vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;
vec3 diffuse = light.diffuse * (diff * material.diffuse);
vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular);
传输数据至GPU：
lightingShader.setVec3("light.ambient", 0.2f, 0.2f, 0.2f);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", 0.5f, 0.5f, 0.5f); // 将光照调暗了一些以搭配场景
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
结果如下：
设置变化的光照颜色：
glm::vec3 lightColor;
lightColor.x = sin(glfwGetTime() * 2.0f);
lightColor.y = sin(glfwGetTime() * 0.7f);
lightColor.z = sin(glfwGetTime() * 1.3f);
glm::vec3 diffuseColor = lightColor * glm::vec3(0.5f); // 降低影响
glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f); // 很低的影响
lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);
物体随光照颜色变换所展现的颜色变化：
4. 完整代码
主要文件material.cpp：
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
#include "Shader.hpp"
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/ext/matrix_transform.hpp> // glm::translate, glm::rotate, glm::scale
#include <glm/ext/matrix_clip_space.hpp> // glm::perspective
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
//全局变量
glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 10.0f);
glm::vec3 cameraFront = glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f);
glm::vec3 cameraUp = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
glm::vec3 lightPos(1.2f, 1.0f, 2.0f);
// 函数声明
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height);
void process_input(GLFWwindow *window);
int main()
{
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "material", nullptr, nullptr);
if (window == nullptr)
{
std::cout << "Faild to create window" << std::endl;
glfwTerminate();
}
glfwMakeContextCurrent(window);
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Faild to initialize glad" << std::endl;
return -1;
}
glad_glViewport(0, 0, 800, 600);
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
//配置项
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
Shader lightCubeShader("../light_cube.vs.glsl", "../light_cube.fs.glsl");
Shader lightingShader("../cube.vs.glsl", "../cube.fs.glsl");
unsigned int cubeVAO;
glGenVertexArrays(1, &cubeVAO);
glBindVertexArray(cubeVAO);
float vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f
};
unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void *)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void *)(3*sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);
unsigned int lightCubeVAO;
glGenVertexArrays(1, &lightCubeVAO);
glBindVertexArray(lightCubeVAO);
// 只需要绑定VBO不用再次设置VBO的数据，因为箱子的VBO数据中已经包含了正确的立方体顶点数据
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
// 设置灯立方体的顶点属性（对我们的灯来说仅仅只有位置数据）
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
process_input(window);
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
lightingShader.use();
lightingShader.setVec3("objectColor", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("lightColor", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
lightingShader.setVec3("lightPos", lightPos);
lightingShader.setVec3("viewPos", cameraPos);
lightingShader.setVec3("material.ambient", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.diffuse", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);
// lightingShader.setVec3("light.ambient", 0.2f, 0.2f, 0.2f);
// lightingShader.setVec3("light.diffuse", 0.5f, 0.5f, 0.5f); // 将光照调暗了一些以搭配场景
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glm::vec3 lightColor;
lightColor.x = sin(glfwGetTime() * 2.0f);
lightColor.y = sin(glfwGetTime() * 0.7f);
lightColor.z = sin(glfwGetTime() * 1.3f);
glm::vec3 diffuseColor = lightColor * glm::vec3(0.5f); // 降低影响
glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f); // 很低的影响
lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);
glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
model = glm::rotate(model, glm::radians(-55.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
// view = glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));
view = glm::lookAt(cameraPos, cameraPos + cameraFront, cameraUp);
glm::mat4 projection = glm::mat4(1.0f);
projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), 800.0f / 600.0f, 0.1f, 100.0f);
// 模型矩阵
int modelLoc = glGetUniformLocation(lightingShader.ID, "model");
glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
// 观察矩阵和投影矩阵与之类似
int viewLoc = glGetUniformLocation(lightingShader.ID, "view");
glUniformMatrix4fv(viewLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
int projectionLoc = glGetUniformLocation(lightingShader.ID, "projection");
glUniformMatrix4fv(projectionLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));
// render the cube
glBindVertexArray(cubeVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
// also draw the lamp object
lightCubeShader.use();
lightCubeShader.setMat4("projection", projection);
lightCubeShader.setMat4("view", view);
model = glm::mat4(1.0f);
model = glm::translate(model, lightPos);
model = glm::scale(model, glm::vec3(0.2f)); // a smaller cube
lightCubeShader.setMat4("model", model);
glBindVertexArray(lightCubeVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
glfwTerminate();
return 0;
}
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height);
}
void process_input(GLFWwindow *window)
{
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
{
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}
float cameraSpeed = 0.05f; // adjust accordingly
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
cameraPos -= cameraSpeed * cameraFront;
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
cameraPos += glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
cameraPos -= glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
}
立方体顶点着色器GLSLcube.vs.glsl：
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
out vec3 Normal;
out vec3 FragPos;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
void main()
{
gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
FragPos = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));
Normal = aNormal;
}
立方体片段着色器GLSLcube.fs.glsl：
#version 330 core
struct Material {
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
float shininess;
};
struct Light {
vec3 position;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
in vec3 Normal;
in vec3 FragPos;
out vec4 FragColor;
uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;
uniform vec3 lightPos;
uniform vec3 viewPos;
uniform Material material;
uniform Light light;
void main()
{
// 环境光
vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;
// 漫反射
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);
float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
vec3 diffuse = light.diffuse * (diff * material.diffuse);
// 镜面光
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular);
vec3 result = ambient + diffuse + specular;
FragColor = vec4(result, 1.0);
}
着色器Shader.hpp、光源顶点着色器GLSLlight_cube.vs.glsl、光源片段着色器GLSLlight_cube.fs.glsl见：
5. 参考资料
[1]材质 - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)
基于C++的OpenGL 09 之材质的更多相关文章
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0之多纹理
没想到原文出了那么多错别字,实在对不起观众了.介绍opengl es 2.0的不多.相信介绍基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0之多纹理的,我是独此一家吧.~~ 子龙山人出了一个系列: ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——纹理贴图（6）
在上一篇文章中,我们介绍了如何绘制一个立方体,里面涉及的知识点有VBO(Vertex Buffer Object).IBO(Index Buffer Object)和MVP(Modile-View-P ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——使用VBO索引（4）
在上一篇文章中,我们介绍了uniform和模型-视图-投影变换,相信大家对于OpenGL ES 2.0应该有一点感觉了.在这篇文章中,我们不再画三角形了,改为画四边形.下篇教程,我们就可以画立方体了, ...
- 1、基于MFC的OpenGL程序
首先,使用的库是GLUT以及GLAUX,先下载两者,添加查找路径以及链接 一.单文本文件 工程openGLMFC 1.创建单文本文件 2.添加路径.链接 方法如之前篇章所示, 链接库为op ...
- 【游戏开发】基于VS2017的OpenGL开发环境搭建
一.简介 最近,马三买了两本有关于“计算机图形学”的书籍,准备在工作之余鼓捣鼓捣图形学和OpenGL编程,提升自己的价值(奔着学完能涨一波工资去的).俗话说得好,“工欲善其事,必先利其器”.想学习图形 ...
- 基于MFC的OpenGL程序<转>
原贴地址:https://www.cnblogs.com/pinking/p/6180225.html 首先,使用的库是GLUT以及GLAUX,先下载两者,添加查找路径以及链接 一.单文本文件 ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——你的第一个立方体（5）
在上篇文章中,我们介绍了VBO索引的使用,使用VBO索引可以有效地减少顶点个数,优化内存,提高程序效率. 本教程将带领大家一起走进3D--绘制一个立方体.其实画立方体本质上和画三角形没什么区别,所有的 ...
- 基于对话框的Opengl框架
转自:http://blog.csdn.net/longxiaoshi/article/details/8238933 12-11-29 14:55 1198人阅读 评论(6) 收藏 举报 分类: ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——编写自己的shader（2）
在上篇文章中,我给大家介绍了如何在Cocos2d-x里面绘制一个三角形,当时我们使用的是Cocos2d-x引擎自带的shader和一些辅助函数.在本文中,我将演示一下如何编写自己的shader,同时, ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——OpenGL ES渲染之LayerColor（8）
在前面文章中讲述了Cocos2d-x引擎OpenGL渲染准备Shader方面,本文主要讲解使用LayerColor来讲述OpenGL的渲染过程. 1.LayerColor对象创建 添加LayerCol ...
随机推荐
- vba 正则表达式用法
Sub Regexp_test(Sht As String, str As String)On Error Resume NextDim regx As ObjectDim arr, brr, mhS ...
- 痞子衡嵌入式：低功耗&高性能边缘人工智能应用的新答案 - MCXN947
大家好,我是痞子衡,是正经搞技术的痞子.今天痞子衡给大家介绍的是恩智浦MCX系列MCU的新品MCXN947. 自 2015 年恩智浦和飞思卡尔合并成新恩智浦之后,关于它们各自的 Arm Cortex- ...
- Python免杀过360
本文章仅供参考学习 作者:mantou 博客地址:https://www.cnblogs.com/mantou0/ 分离免杀 这个我就不多说了,效果确实不错,网上关于分离免杀的也有很多文章 不分离过3 ...
- [常用工具] mermaid学习笔记
mermaid是一个基于Javascript的图表绘制工具,类似markdown用文本语法,用于描述文档图形(流程图. 时序图.甘特图),开发者可以通过一段mermaid文本来生成SVG或者PNG形式 ...
- 如何使用Redis和RabbitMQ实现一个学生抢课系统（可类比商品秒杀系统）
1.如何使用Redis和RabbitMQ实现一个学生抢课系统(可类比商品秒杀系统) 电商项目中的秒杀场景我们都很常见,不只是京东和淘宝现在很多的小程序公众号也有做现时限购的秒杀场景,那么如何做一个秒杀 ...
- curl请求https报错
curl 一般情况下请求http时不会有问题 但是请求 https 协议的链接时会报错,如下: curl: (60) SSL certificate problem: unable to get lo ...
- 迁移学习（JDDA） 《Joint domain alignment and discriminative feature learning for unsupervised deep domain adaptation》
论文信息 论文标题:Joint domain alignment and discriminative feature learning for unsupervised deep domain ad ...
- BC3-牛牛学说话之-整数
题目描述 牛牛刚刚出生,嗷嗷待哺,一开始他只能学说简单的数字,你跟他说一个整数,他立刻就能学会.输入一个整数,输出这个整数. 输入描述 输入一个整数,范围在32位有符号整数范围内 输出描述 输出这个整 ...
- 全志R528 系统繁忙时触摸屏I2C报错问题。
最近调试项目时遇到一个奇怪的问题. 当linux 系统繁忙时(开机,关机或APP繁忙等情况),此时按下触摸屏后, I2C总线就会报错,TP读数据失败,之后内存报错,重启. root@TinaLinux ...
- 保姆级手把手图文并茂教你配置MAC系统Flutter环境
Flutter 是什么 Flutter是Google开源的构建用户界面(UI)工具包,帮助开发者通过一套代码库高效构建多平台精美应用,支持移动.Web.桌面和嵌入式平台.Flutter 开源.免费,拥 ...