RGBA HSB opengl光照模型
1. 几个概念
- 环境光——经过多次反射而来的光称为环境光,无法确定其最初的方向,但当特定的光源关闭后,它们将消失.
- 全局环境光——它们并非来自特定的光源,这些光经过了多次散射,已经无法确定其光源位于何处.
- 散射光——来自同一方向,照射到物体表面后,将沿各个方向均匀反射,因此,无论从哪个方向观察,表面的亮度都相同.
- 镜面反射光——来自特定方向,也被反射到特定方向.镜面反射度与之相关.
- 材质发射光——用于模拟发光物体.在OpenGL光照模型中,表面的发射光增加了物体的亮度,它不受光源的影响,另外,发射光不会给整个场景中增加光线.
- OpenGL在模拟光源时,假定将发射出的光分解为R,G,B三个分量,这样,对于每个光源,可以使用其发射的红光,绿光和蓝光的量来描述;而对于表面的材质,可以使用其在各个方向反射的红光,绿光和蓝光的比例来描述.
- 光源只对吸收或者反射光线的表面产生影响,每个面都由具有各种属性的材质组成,材质本身可能发射光(如汽车前灯),沿所有方向散射入射光(一般情况)或者沿特定方向反射入射光(如镜面和其它光滑表面).
- 材 质的环境色,散射色和镜面反射色,它们决定了材质对环境光,散射光和镜面反射光的反射率.将材质的环境光反射率与每个光源的环境光分量相乘;将散射光反射 率与散射光分量相乘;将镜面反射光反射率与镜面反射光相乘.材质对环境光和散射光的反射率决定了其颜色,而这两种反射率往往是相等的,材质的镜面反射色通 常是白色或灰色(即(1.0,1.0,1.0)),因此镜面反射点的颜色一般为光源中镜面反射光的颜色.
- OpenGL光照模型将光照分为四个独立的部分:环境光,散射光,镜面反射光和发射光,这四种光被分别计算,然后叠加起来.
- 光线的R,G,B值表示各分量的强度,材质的R,G,B值表示材质对相应分量的反射比例.
- 定向光源不存在三种光线的衰减,但是定位光源存在衰减.
- 被照射的物体不会向其它物体发出光线.
- 为物体的每个顶点定义法线向量,这些法向量决定了物体相对于光源的朝向.
- 创建和选择一个或多个光源,并设置光源的位置.
- 创建和选择光照模型,它定义了全局环境光的等级和观察点的实际位置(用于光照计算).
- 启用光照.
- 设置场景中物体的材质属性.
- 为顶点指定法向量:glNormal3fv(n0);glVertex3fv(v0);
- 创建光源,指定位置:
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,light_position);
glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_ambient);注意,GL_POSITION的默认值为(0,0,1,0),它定义了一个指向Z轴负方向的定向光源. - 选择光照模型:其包括四项内容,即全局环境光强度,观察点靠近场景还是位于无穷远处,对物体的正面和背面是否采用相同的光照计算,以及是否将镜面反射颜色同环境颜色和散射颜色分开,并在纹理操作后应用它.函数有
glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT,lmodel_ambient);
glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER,lmodel_viewer)……,其中近视点还是远视点只影
响镜面反射区的计算. - 启用光照:glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_LIGHT0);
- 设置材质属性:
用glMaterialfv(GLenum face, GLenum pname, Type* param)函数设置GL_AMBIENT,
GL_DIFFUSE, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_SHINNESS,
GL_EMISSION等值.
- 光源的环境光默认为(0.0,0.0,0.0,1.0),即没有环境光.
- 光源的散射光默认为(1.0,1.0,1.0,1.0),即存在白色散射光.
- 光
源的环境反射光默认值有两种情况,一种对应于光源GL_LIGNT0,其GL_SPECULAR为(1.0,1.0,1.0,1.0),即白色光;另一种
对应于其它光源,其默认值为(0.0,0.0,0.0,0.0).一般情况下,光源的GL_SPECULAR应该和GL_DIFFUSE值相同. - 默认情况下,定位光源向所有方向发射光,但可以将其设置为聚光灯,使之在锥体内发光.
- 光
照模型中,全局环境光默认为(0.2,0.2,0.2,1.0),即存在微弱的白光;视点位置默认为0.0或者GL_FALSE,即无穷远处;默认采用单
面光照,即GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE为0.0或GL_FALSE(在对物体存在切割时,要启用双面光照);默认情况下,镜面反射颜
色在纹理映射之前完成,即GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTROL的值为GL_SINGLE_COLOR. - 材
质属性的默认值:GL_AMBIENT (0.2,0.2,0.2,1.0); GL_DIFFUSE (0.8,0.8,0.8,1.0);
GL_SPECULAR (0.0,0.0,0.0,1.0); GL_SHINNESS 0.0; GL_EMISSION
(0.0,0.0,0.0,1.0).
- 顶点被照射时的颜色: 顶点颜色=顶点的发射光颜色 +
全局环境光与材质的环境光属性 +
各光源中衰减后的环境光,散射光和镜面反射光
执行光照计算后,颜色值(RGBA模式)被截取到[0.0,1.0]. - 顶点的发射光颜色即glMaterialfv()中的GL_EMISSION值.
- 反射的全局环境光 = glLightModelfv()指定的GL_AMBIENT * glMaterialfv()指定的GL_AMBIENT值.
- 光源的贡献 = 衰减因子 * 聚光效果 * (环境光 + 散射光 + 镜面反射光);其中,环境光 = glLightfv()指定的GL_AMBIENT * glMaterialfv()指定的GL_AMBIENT;
散射光的计算需要考虑光线的照射角度,光源散射分量和材质的散射属性:
散射光 =
(max{L dotproduct n,0} * light_diffuse * material_diffuse),L为顶点到光源的 单位矢量,n为顶点的单位法线向量.
镜面反射光项也取决于光线的照射角度.若(L dotproduct n)<=0;顶点将没有镜面反射光项,否 则镜面反射光取决于下列因素:
1) 顶点的单位法向量n.
2) 从顶点指向光源的单位矢量和从顶点指向视点的单位向量的和,此处假设光照模型中采用近视点, 否则第二个被加的单位向量为(0,0,1);然后将相加得到的向量归一化,记为s.
3) 镜面反射指数(glLightfv()指定的GL_SHINNESS).
4) 光源的镜面反射光分量(glLightfv()指定的GL_SPECULAR,一般和其GL_DIFFUSE相同).
5) 材质的镜面反射属性(glMaterialfv()指定的GL_SPECULAR).
计算公式:(max{s dotproduct n,0})^shinness * light_specular * material_specular.
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