openGL學習筆記三十四：光照、光源

1、 光照：

四種光照類型：

• 放射光（自發光） emissive : 沒有光照的狀況下物體自身會發射光 如：夜明珠
  
  

• 環境光 ambient ： 即便夜裏房間燈所有關掉，仍是有微弱光（月光）讓你能看見房間物體輪廓，這就是環境光

• 漫反射光
  
  

• 鏡面反射光 specular ：
  
  

shininess 材質光澤度對比圖

基本光照模型：

• 計算公式：surfaceColor = emissive + ambient + diffuse + specular （四種光照類型加在一塊兒便可獲得物體表面的顏色）

  opengl固定渲染管線已經使用了這個公式 ，咱們只須要設置下參數，opengl內部會自動進行計算，咱們便可看到光照效果。

2、光源：

三種光源類型：

• 點光 ： 如電燈包，向四周360度發射光 有衰減 （能夠設置衰減係數）
  
  

• 平行光 ： 如太陽，光源在無限遠處

• 聚光燈 : 在錐形區域內有光
  
  

相關函數

// 禁用光照時 使用 glColor3f()設置顏色
// 啓用光照時 使用 glMaterial()設置材質顏色，glColor3f() 設置顏色無效 
glEnable(GL_LIGHTING);   // 啓用光照
glEnable(GL_LIGHT0);     // 激活燈0
GLfloat light_ambient[4] = {0.3, 0.3, 0.3, 1.0}  // 
GLfloat light_diffuse[4] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}  //
GLfloat light_specular[4] = {1.0, 1.0, 1.0, 1.0}  //

//設置燈屬性參數
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);    //設置環境光 (light_ambient爲計算公式：ambient = ka * globalAmbient 中的globalAmbient)
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);    //設置漫反射光 (light_diffuse爲計算公式：diffuse = kd * lightColor * max(N.L, 0) 中的lightColor)
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);  //設置鏡面反射光 （light_specular爲計算公式：specular = ks * lightColor* facing * (max(N.H, 0))^shininess 中的lightColor)
GLfloat light_position[4] = {0, 100, 100, 1}  
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);  // 設置燈位置

// 設置光源位置和光源類型
GLfloat light_position[4] = {0, 100, 100, 1}  // 前三個參數表示光的位置 第四個參數 0：平行光 1：點光、聚光燈
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);

// 衰減 （只有點光有衰減）
// 計算公式： attenuation = 1/(A0 + A1*D +A2*D^2) // D: 電燈包到被照射物體的距離。 A0、A一、A2： 咱們能夠設置作不一樣衰減
glLightf(GL_LIGHT0, GL_CONSTANT_ATTENUATION, 1.0f);   // 設置A0
glLightf(GL_LIGHT0, GL_LINEAR_ATTENUATION, 0.05f);     // 設置A1
glLightf(GL_LIGHT0, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, 0.25f); // 設置A2

// 設置聚光燈
GLfloat light_position[4] = {0, 100, 100, 1}  // 聚光燈是一個特殊的點光源 因此第四個參數設置爲1
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);

GLfloat spot_dir[4] = {-1, -2.5, -10}
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPOT_DIRECTION, spot_dir);// 設置方向
glLightf(GL_LIGHT0, GL_SPOT_CUTOFF, 7.5f); // 設置角度
glLightf(GL_LIGHT0, GL_SPOT_EXPONENT, 128f); // 設置指數 中間光強 周圍減弱

3、代碼：

// 使用燈光例子 
#define GLEW_STATIC
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <iostream>

#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>

#include <glm/vec3.hpp> // glm::vec3
#include <glm/vec4.hpp> // glm::vec4
#include <glm/mat4x4.hpp> // glm::mat4
#include <glm/ext/matrix_transform.hpp> // glm::translate, glm::rotate, glm::scale
#include <glm/ext/matrix_clip_space.hpp>

#include "FreeImage.h"

#pragma comment(linker, "/subsystem:\"windows\" /entry:\"mainCRTStartup\"" ) //這行是取消顯示控制檯

char szTitle[64] = "opengl view";


//glm::vec4 vec(1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);//建立一個點
//glm::mat4 trans = glm::mat4(1.0f);//建立單位矩陣
//Window dimensions 
const GLuint WIDTH = 800, HEIGHT = 600;

GLfloat ratio = 1.f;
GLfloat xpos, ypos;

glm::vec3 _eye(0, 0, 10);
glm::vec3 _lookAt(0, 0, 0);
glm::vec3 _up(0, 1, 0);

glm::mat4 _matProj = glm::mat4(1.0f);//建立單位矩陣
glm::mat4 _matView = glm::mat4(1.0f);//建立單位矩陣


float size = 100.0f;

//頂點數據
struct Vertex {
	float x, y, z;
	float u, v;
};

Vertex g_cubeVertices[] =
{
	{ -1.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f },
	{ 1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f },
	{ 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f },
	{ -1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f },

	{ -1.0f, -1.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f },
	{ -1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f },
	{ 1.0f, 1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f },
	{ 1.0f, -1.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f },

	{ -1.0f, 1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f },
	{ -1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f },
	{ 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f },
	{ 1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f },

	{ -1.0f, -1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f },
	{ 1.0f, -1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f },
	{ 1.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f },
	{ -1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f },

	{ 1.0f, -1.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f },
	{ 1.0f, 1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f },
	{ 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f },
	{ 1.0f, -1.0f, 1.0f, 0.0f, 0.0f },

	{ -1.0f, -1.0f, -1.0f, 0.0f, 0.0f },
	{ -1.0f, -1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f },
	{ -1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f },
	{ -1.0f, 1.0f, -1.0f, 0.0f, 1.0f },

	// 地面數據
	{ -size, -1.0f, -size, 0.0f, 0.0f },
	{ -size, -1.0f, size, 100.0f, 0.0f },
	{ size, -1.0f, size, 100.0f, 100.0f },
	{ size, 0.0f, -size, 0.0f, 100.0f }
};

//紋理ID
GLuint  _texture;
GLuint  _vbo;

//地面紋理
GLuint  _texGround;


static void error_callback(int error, const char* description) {
	fputs(description, stderr);
}

static void key_callback(GLFWwindow* window, int key, int scancode, int action, int mods) {
	std::cout << "key " << key << std::endl;

	switch(key) {
		case GLFW_KEY_ESCAPE:
			glfwSetWindowShouldClose(window, GL_TRUE);
			break;
		case GLFW_KEY_UP:
			_eye.z  -=  0.1f;   //這裏修改攝像機參數
			break;
		case GLFW_KEY_DOWN:
			_eye.z  +=  0.1f;
			break;
		case GLFW_KEY_RIGHT:
			_eye.x  -=  1.0f;
			break;
		case GLFW_KEY_LEFT:
			_eye.x  +=  1.0f;
			break;

		default:
			break;
	}
}

static void mouse_button_callback(GLFWwindow* window, int button, int action, int mods) {
	if(action != GLFW_PRESS)
		return;

	switch(button) {
		case GLFW_MOUSE_BUTTON_LEFT:
			std::cout << "Mosue left button clicked!" << std::endl;
			break;
		case GLFW_MOUSE_BUTTON_MIDDLE:
			std::cout << "Mosue middle button clicked!" << std::endl;
			break;
		case GLFW_MOUSE_BUTTON_RIGHT:
			std::cout << "Mosue right button clicked!" << std::endl;
			break;
		default:
			return;
	}
	return;
}

static void cursor_position_callback(GLFWwindow* window, double x, double y) {
	//std::cout << "Mouse position move to X: " << x << " Y: " << y << std::endl;
	xpos = float((x - WIDTH / 2) / WIDTH) * 2;
	ypos = float(0 - (y - HEIGHT / 2) / HEIGHT) * 2;
	return;
}

static void scroll_callback(GLFWwindow* window, double x, double y) {
	return;
}

static unsigned createTexture(int w, int h, const void* data, GLenum type) {
	unsigned    texId;
	glGenTextures(1, &texId);
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texId);
	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, type, w, h, 0, type, GL_UNSIGNED_BYTE, data);

	return  texId;
}
/** * 使用FreeImage加載圖片 */
static unsigned createTextureFromImage(const char* fileName) {
	//1 獲取圖片格式
	FREE_IMAGE_FORMAT fifmt = FreeImage_GetFileType(fileName, 0);
	if(fifmt == FIF_UNKNOWN) {
		return  0;
	}
	//2 加載圖片
	FIBITMAP    *dib = FreeImage_Load(fifmt, fileName, 0);

	FREE_IMAGE_COLOR_TYPE type = FreeImage_GetColorType(dib);

	//3 獲取數據指針
	FIBITMAP*   temp = dib;
	dib = FreeImage_ConvertTo32Bits(dib);
	FreeImage_Unload(temp);

	BYTE*   pixels = (BYTE*)FreeImage_GetBits(dib);
	int     width = FreeImage_GetWidth(dib);
	int     height = FreeImage_GetHeight(dib);

	for(int i = 0; i < width * height * 4; i += 4) {
		BYTE temp = pixels[i];
		pixels[i] = pixels[i + 2];
		pixels[i + 2] = temp;
	}

	unsigned    res = createTexture(width, height, pixels, GL_RGBA);
	FreeImage_Unload(dib);
	return      res;
}

static void onInit() {
	_texture    =   createTextureFromImage("../res/1.jpg");
	_texGround  =   createTextureFromImage("../res/dimian.jpg");

	glGenBuffers(1, &_vbo);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vbo);
	glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(g_cubeVertices), g_cubeVertices, GL_STATIC_DRAW);
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
}

static void onDestory() {
	glDeleteTextures(1, &_texture);
	glDeleteTextures(1, &_texGround);
	glDeleteBuffers(1, &_vbo);   //刪除VBO 顯存中釋放VBO內存
}

// 繪製
static void render(GLFWwindow * window) {

	glClearColor(0, 0, 0, 1);
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

	glEnable(GL_DEPTH_TEST);
	glEnable(GL_TEXTURE_2D);

	//設置燈
	glEnable(GL_LIGHTING);   // 啓用光照
	glEnable(GL_LIGHT0);     // 激活燈0
	GLfloat light_ambient[4] ={ 0.7, 0.7, 0.7, 1.0 };  // 
	GLfloat light_diffuse[4] ={ 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };  //
	GLfloat light_specular[4] ={ 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };  //

	//設置燈屬性參數
	glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);    //設置環境光 (light_ambient爲計算公式：ambient = ka * globalAmbient 中的globalAmbient)
	glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);    //設置漫反射光 (light_diffuse爲計算公式：diffuse = kd * lightColor * max(N.L, 0) 中的lightColor)
	glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);  //設置鏡面反射光 （light_specular爲計算公式：specular = ks * lightColor* facing * (max(N.H, 0))^shininess 中的lightColor)

	glLightf(GL_LIGHT0, GL_CONSTANT_ATTENUATION, 1.0f);    // 設置衰減A0
	glLightf(GL_LIGHT0, GL_LINEAR_ATTENUATION, 0.05f);     // 設置衰減A1
	glLightf(GL_LIGHT0, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, 0.0f);  // 設置衰減A2 
	GLfloat light_position[4] ={ 30, 30, 30, 1 }; // 前三個參數表示光的位置 第四個參數 0：平行光 1：點光、聚光燈
	glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);  // 設置燈位置

	glEnable(GL_LIGHT1);     // 激活燈1
	// 設置聚光燈
	GLfloat spot_dir[4] ={ -1, -2.5, -10 };
	glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPOT_DIRECTION, spot_dir);// 設置方向
	glLightf(GL_LIGHT1, GL_SPOT_CUTOFF, 7.5f); // 設置角度
	glLightf(GL_LIGHT1, GL_SPOT_EXPONENT, 128.0f); // 設置指數 中間光強 周圍減弱

	GLfloat light_position1[4] ={ 0, 0, 20, 1 };  // 聚光燈是一個特殊的點光源 因此第四個參數設置爲1
	glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, light_position1);


	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);


	_matView = glm::lookAt(_eye, _lookAt, _up); //使用glm數學庫 根據公式計算獲得視圖矩陣 這公式能夠推倒出來

	//攝像機圍繞目標旋轉
	static float angle = 0; //旋轉角度
	float r = 10;           //旋轉半徑
	_eye.x = cos(angle * glm::pi<double>() / 180) * r;
	_eye.z = sin(angle * glm::pi<double>() / 180) * r;
	angle += 1;  //角度每幀加一

	glm::mat4 matVP = _matProj * _matView;
	glLoadMatrixf(&matVP[0][0]);

	//glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _texture);

	glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
	glEnableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
	//開始使用ID爲 _vbo 的buffer 接下來的操做針對這個VBO
	glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, _vbo);

	float* addrVertex = (float*)0;
	float* uvAddress = (float*)12;

	glVertexPointer(3, GL_FLOAT, sizeof(Vertex), addrVertex);
	glTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, sizeof(Vertex), uvAddress);

	// 繪製 立方體
	glDrawArrays(GL_QUADS, 0, 24);

	//繪製地面
	//glLoadIdentity(); //這裏打開 地面就不會跟着旋轉 說明攝像機操做的是模型矩陣
	//glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, _texGround);
	//glDrawArrays(GL_QUADS, 24, 4);

	glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
	glDisableClientState(GL_TEXTURE_COORD_ARRAY);
	glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, 0);
	glfwSwapBuffers(window);
	glfwPollEvents();
}

int main(void) {
	GLFWwindow * window;

	glfwSetErrorCallback(error_callback);

	if(!glfwInit())
		return -1;

	window = glfwCreateWindow(WIDTH, HEIGHT, szTitle, NULL, NULL);
	if(!window) {
		glfwTerminate();
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	glfwSetKeyCallback(window, key_callback);
	glfwSetMouseButtonCallback(window, mouse_button_callback);
	glfwSetCursorPosCallback(window, cursor_position_callback);
	glfwSetScrollCallback(window, scroll_callback);

	glfwMakeContextCurrent(window);

	glewExperimental = GL_TRUE;
	glewInit();
	onInit();
	glViewport(0, 0, WIDTH, HEIGHT); //設置opengl視口 即看到的顯示區域

	_matProj = glm::perspective(glm::radians(60.0f), float(WIDTH) / float(HEIGHT), 0.1f, 1000.0f);//使用glm數學庫 根據公式計算獲得投影矩陣 這公式能夠推倒出來

	while(!glfwWindowShouldClose(window)) {
		render(window);
	}

	onDestory();
	glfwDestroyWindow(window);

	glfwTerminate();
	return 0;
}

4、效果：