OpenGL系统设计-光照与材质(2)

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1.1 光照

光照法向量（Light Normals）告诉OpenGL顶点的周围是怎样的反射光线。可以想像在顶点有一个很小的镜子，而光照法向量就表示镜子的方向，对于不同的法向量，反射出来的光的方向也不相同。

glNormal用来设置当前的法向量，当设置的新的法向量后，所有顶点的光照颜色将重新计算。光照法向量应该归一化以校正光照效果，使用glScale函数不仅可以对顶点坐标，几何体进行比例缩放，同样也能够适用于光照法向量。glEnable(GL_NORMALIZE)可以让OpenGL自动对光照法向量进行归一化。

OpenGL支持两种类型的光源：定向光源和点光源。定向光源是来自某一固定方向，但是光源在无限远处。点光源在场景中有一个位置，是近光源。

在OpenGL中要使用光源，必须使用glEnable(LIGHTING)启用光照，否则，对光源的任何操作都无效。若不使用光照，则使用glDisable(LIGHTING)即可。如果没有光源，启动光照后，场景中的所有物体都是黑色的，因此，还必须使用glEnable(GL_LIGHTi)建立光源才可以。i表示光源号，范围是0~7，也就是说至少可以使用8个光源。根据glGetIntegerv(GL_MAX_LIGHTS, &lightnum)得到的值也是8，说明最多可以使用8个光源。

光源本身具有各种性质，如颜色、位置、衰减因子等。如果没有事先进行设置，OpenGL对8个光源都有缺省值，其中GL_LIGHT0的环境光缺省值是黑色，也表示没有，漫射光和镜面光均为白色。仅仅使用OpenGL的缺省值肯定是不能满足应用程序的需要的。设置光源的函数是glLight，其原型如下：

void glLightf(

GLenum light,

GLenum pname,

GLfloat param

);

void glLighti(

GLenum light,

GLenum pname,

GLint param

);

void glLightfv(

GLenum light,

GLenum pname,

const GLfloat *params

);

void glLightiv(

GLenum light,

GLenum pname,

const GLint *params

);

其中light参数表示光源名称，取值GL_LIGHTi，0≤i< 8。对glLighti和glLightf两个函数，参数pname表示要设置的光源的参数，参数param是light对应的pname的值。

对于glLightfv和glLightiv两个参数，pname取值如下。pname取值不同，对应的params含义和取值也不同。如下表7-1给出了pname取不同值时，对应params的含义。

表7-1 glLight参数含义说明

pname取值	对应params含义
GL_AMBIENT	params参数表示环境光的值，格式为(R,G,B,A)，表示环境光的Red、Green、Blue、Alpha份量。整数值将被映射到[-1.0, 1.0]间。缺省值为(0.0, 0.0, 0.0, 1.0).
GL_DIFFUSE	params参数表示漫射光的值，格式为(R,G,B,A)，表示漫射光的Red、Green、Blue、Alpha份量。整数值将被映射到[-1.0, 1.0]间。光源GL_LIGHT0的缺省值为(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)，其他光源的缺省值为(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)。
GL_SPECULAR	params参数表示镜面光的值，格式为(R,G,B,A)，表示镜面光的Red、Green、Blue、Alpha份量。整数值将被映射到[-1.0, 1.0]间。光源GL_LIGHT0的缺省值为(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)，其他光源的缺省值为(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)。
GL_POSITION	params参数表示光源所在的位置，格式为(x, y, z, w)，分别表示X、Y、Z坐标，w表示齐次坐标。整数值和浮点数值都直接应用到三维空间中。如果w为0，则表示该光源是一定向光，漫射光和镜面光的计算是以方向为准，光线衰减被禁止。如果w为1，那么漫射光和镜面光的计算是以真实的位置为准，光线衰减有效。缺省值是(0,0,1,0)，表示光源是一定向平行光，平行Z轴，方向是从Z轴射向-Z轴。
GL_SPOT_DIRECTION	params参数表示点光源的聚光方向，格式为(x, y, z)。整数值和浮点数值均直接映射到三维空间中。当调用glLight时模型观察矩阵对聚光方向进行变换。当GL_SPOT_CUTOFF取值是180时，聚光方向是没有意义的，而GL_SPOT_CUTOFF的缺省值正是180。所以，如果要设置聚光方向，必须修改GL_SPOT_CUTOFF的值。聚光方向的缺省值是 (0,0,–1).
GL_SPOT_EXPONENT	params参数表示点光源聚光指数，取值范围为[0,128]。聚光指数越高表示光源聚光能力越强，如同舞台上的聚光灯，光照圆圈中心的光强度越高。缺省值为0，表示没有聚光，整个光源内外是强度是相同的。
GL_SPOT_CUTOFF	params参数是点光源的聚光截止角，表示点光源的发散范围。点光源的发散模型通常是用圆锥体来模拟，圆锥体的顶点是点光源所在位置，圆锥体的顶点角度就是聚光截止角。聚光截止角的取值范围是[0,90]和180，当取值为0时表示没有光线发射出来，当取值90时表示光源照亮的是三维空间中的一半，另一半没有光照。当取值180时表示光线向整个空间发散。缺省值是180。
GL_CONSTANT_ATTENUATION GL_LINEAR_ATTENUATION GL_QUADRATIC_ATTENUATION	params参数表示光线衰减因子。GL_CONSTANT_ATTENUATION 是常数衰减因子，表示随着距离的增加，光线并没有衰减，即各处的光强度相同。GL_LINEAR_ATTENUATION是线性衰减因子，表示随着距离的增加，光强度线性衰减，距离越远，强度越弱。GL_QUADRATIC_ATTENUATION是平方衰减因子，表示随着距离的增加，强度和距离的平方呈线性关系。参数的取值可以是正整数也可以是正的浮点数，都直接映射到三维空间中。如果是负值，OpenGL将忽略。整个光源的衰减因子是： GL_CONSTANT_ATTENUATION+GL_LINEAR_ATTENUATION距离+GL_QUADRATIC_ATTENUATION距离^2。三个参数的缺省值是 (1,0,0),表示没有衰减。