OpenGL中启用光照前的准备——指定法线

OpenGL中启用光照前的准备——指定法线

     我们在使用光源时，除了强度和颜色之外，还需要指定光源的位置和方向，并且这些光源的位置和方向将会极大地影响场景的外观。

     OpenGL至少支持8种独立的光源。当我们指定一个光源时，便要告诉OpenGL这个光源的位置以及它的照射方向。光源经常向四周照射，但也可以向一个方向照射。无论在哪种情况下，对于我们所绘制的任何物体，来自任何光源的光线（除了纯粹的环境光源之外）都将根据一个角度撞击组成这个物体的多边形的表面。为了计算围绕多边形表面的着色效果，OpenGL必须能够计算光线与多边形表面之间的角度。

     设想一下，一个多边形被一束来自某个光源的光线所照射，当这束光线照射到多边形的表面时，它与平面会形成一个角度（A）；然后，光线按照一个角度（B）向观察者反射（观察者不一定能够看到它）。通过这些角度，再加上我们之前所讨论的光照参数和材料属性，就可以计算这个位置的外观颜色了，如图所示

     

     由于OpenGL根据每个顶点计算外观颜色，那么当这每个顶点从某个角度被一束光线所照射时，我们该如何计算顶点和光线之间的角度呢？当然，我们无法用几何的方法找到3D空间中一个点和一条直线的角度，因为它存在无穷的可能性。为了解决这个问题，我们必须将每个顶点与一些信息相关联，这就是我们接下来要说的，表示每个顶点垂直向上的向量——法线。

     表面法线

     在一个假想的平面（或多边形）上，一条垂直向上的向量称为法线向量。实际上，它就是一条指向某个方向的直线（向量），它与多边形的表面呈90度角。

     

     指定法线

     在OpenGL中，下面这段代码指定了一条法线向量：

     

     glBegin(GL_TRIANGLES);

          glNormal3f(0.0f, -1.0f, 0.0f);

          glVertex3f(0.0f, 0.0f, 60.0f);

          glVertex3f(-15.0f, 0.0f, 30.0f);

          glVertex3f(15.0f, 0.0f, 30.0f);

     glEnd();

     glNormal3f函数接受3个表示坐标的值（X，Y，Z），它指定了一条垂直于这个三角形表面的法线向量。在这里，所有三个顶点的法线具有相同的方向，都是沿Y轴的负方向向下。这是一个简单的示例，因为这个三角形平平地躺在X-Z平面上。

     当我们开始绘图时，为每个顶点或多边形指定一条法线的任务几乎是不可能的，尤其是在只有很少一部分表面是平行于三个主平面的情况下。当然，我们会有解决的办法，可以通过调用一个glTools函数库中的方法，来生成我们所需要的法线。

     生成法线

     我们可以通过取多边形平面上的3个点来计算它的法线向量。如图所示，平面上的3个点P1、P2、P3，我们可以定义两个向量，从P1至p2的向量V1以及从P1至P3的向量V2。从数学的角度而言，三维空间中的两个向量定义了一个平面。我们对这两个向量求叉积（V1×V2）,其结果所产生的向量与这个平面垂直,也就是我们所需的法线向量，如图中的向量V3所示:

     

     

     

     glTool函数库包含了一个函数，专门用于根据一个多边形上的3个点计算一条法线向量：

     void m3dFindNormal(M3DVector3f vNormal,

                         const M3DVector3f vP1,

                         const M3DVector3f vP2,

                         const M3DVector3f vP3);

     该方法的第一个参数用于存储求得的法线向量，还要另外向它传递3个向量，表示取自多边形或三角形上的点（以逆时针环绕方向指定）。注意，该方法返回的法线向量并不一定是单位长度的。

     单位法线

     所谓单位法线，就是长度为1的法线。将法线转换为单位法线的过程称为法线的规范化。在OpenGL的实现中，对于光照计算，所有的法线向量都必须先进行规范化，然后再参与计算。

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