拓幻图形学工程师教学手册(第六讲)|一字一字敲出OpenGL学习教程

Posted 2022-10-18

上一讲已经介绍了的OpenGL纹理部分的内容，今天这讲关于OpenGL光照(Lighting)示例代码也都在公司github共有仓了，不知道各位是不是试着跑过，没跑过也不要紧，继续往下听吧，最后总要实践的，讲再多不如自己上手一试。我记得Dr. Lee当初还做了蛮多不错的示例代码，比如旋转的五彩菊花，回头我让他贡献一下他的五彩菊花，放到我们的Github上给大家参考。后期Dr. Lee也将推出一些他自己的教程，这可是来自美国克莱姆森大学的教程，大家不要错过，关注我们微信公众号，一起来学习吧。

5. 光照(Lighting)
   5.1 基本概念
   跑过“太阳系”工程的同学一定发现，除了上一讲的纹理映射实现将太阳及其行星表面纹理进行实现外，还有一个重点就是光。太阳系中唯一的光源就是太阳，其他行星只是进行光反射等，并且太阳光光源是向四面八方照射的，这个系统我们可以用OpenGL光照来进行模拟。

先来看两张不同的图，一张有光照一张没有，看看区别就知道光照在渲染方面其实还是很重要的。

接下来就是具体的光照内容了。

5.2 表面向量

先引入一个概念叫表面法线，也就是表面上某一点的法向量（Normal Vector），是在该点处与表面垂直的方向。对于平面，其上各点的法向是一样的，统一为这个平面的法向。

以上是计算表面法线向量的方法，不多说。

这是对于平面而言，那么更多时候绘制的不是平面而是曲面，该怎么计算表面法线。

顶点法线（Vertex Normal）是过顶点的一个矢量，在生成曲面时，通常令顶点法线和相邻平面的法线保持等角，这样进行渲染时，会在平面接缝处产生一种平滑过渡的效果。

这样就产生两种计算表面法线的方法：Per-face和Per-vertex：

在OpenGL中使用方法如下：

Per-face：

Per-vertex：

所产生的效果，per-face会对于曲面会产生粗糙分割面的感觉，我们称之为“Flat Shading”，per-vertex则会产生平滑感，称之为“Smooth Shading”。
介绍一个函数glShadeModel函数。用于控制opengl中绘制指定两点间其他点颜色的过渡模式。参数一般为GL_SMOOTH（默认）,GL_FLAT。OpenGL默认是将制定的两点颜色进行插值，绘制之间的其他点，如果两点的颜色相同，使用两个参数效果相同，如果两点颜色不同，GL_SMOOTH会出现过渡效果，GL_FLAT 则只是以指定的某一点的单一色绘制其他所有点。看下效果：

GL_FLAT:

GL_SMOOTH:

来看看具体调用和结合Per-face/Per-vertex的效果：


注意这里介绍一下，glEnable( GL_NORMALIZE )，在进行光照计算之前自动单位化法向量。之所以需要自动单位化法向量是因为法向量会受到glScalef的影响，当glScalef将物体的坐标放大k倍时，法向量变为1/k。具体调用如下：