OpenGL学习笔记（三）：颜色与光照

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sunyurun

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分类专栏： Grahpic 文章标签： Graphic OpenGL 图形学

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作者：yurunsun@gmail.com 新浪微博@孙雨润新浪博客优快云博客

日期： 2013-6-13

本章内容：

RGBA颜色模式
指定物体绘图颜色
平滑着色模式
定义光源、材料、光照模型属性
控制光源位置
颜色混合
抗锯齿

1. 颜色

RGBA颜色模式

硬件为R G B A成分保留一定数量的位平面。如果RGB的位数少而无法表达需要的颜色，可以使用抖动(GL_DITHER)实现：即使用两种颜色交替对一个像素着色。这一选项默认是打开的。

RGBA下指定颜色

void glColor4f(float r, float g, float b, float a);

指定着色模型

用多种颜色绘制直线或填充多边形时可以使用glShadeModel()来指定着色模型。参数可以是GL_SMOOTH或GL_FLAT。

FLAT模式先整个图元的颜色就是它任何一个顶点的颜色，SMOOTH模式下每个顶点单独处理，使用Gouraud算法均匀插值。

2. 光照

2.1 隐藏面消除

GL_FILL填充的实心物体应该遮挡后面的物体，因此需要开启GL_DEPTH_TEST使得OpenGL能够进行深度测试。

2.2 四种光

环境光(ambient)：在环境中进行了充分的散射，无法分辨方向的光
散射光(diffuse)：来自某个方向，如果从正面照射表面会看起来显得更亮一些。当撞击表面时会均匀向所有方向发散
镜面光(specular)：来自特定方向，并倾向于从表面向某个特定的方向反射
发射光(emissive)：模拟源自某个物体的光。表面的发射颜色可以增加物体强度，但是不受任何光源影响，也不作为额外光照

2.3 材料颜色

材料也有上述123的属性，但是是表示对rgb分量的反射比例。最终效果是分量与光照值相乘的结果。

float green[] = {0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
glMaterial4f(GL_FRONT, GL_AMBIENT, green);

2.4 为顶点定义法线

物体的法线决定了相对光源的方向，OpenGL根据法线计算这个顶点从每个光源接收的光线数量。表面法线必须是单位长度，还必须保证对物体进行的模视变换没有对法线进行缩放、最终法线仍然保持单位长度。参见：

GL_NORMALIZE
GL_RESCALE_NORMALE

2.5 创建光源

OpenGL至少支持8个光源：

GL_LIGHT0, ... GL_LIGHT7

使用glLight来设置位置、方向、四种光的颜色、聚光灯、消减等光源参数：

GL_AMBIENT (0.0, 0.0, 0.0, 1.0)
GL_DIFFUSE (1.0, 1.0, 1.0, 1.0) 
GL_SPECULAR (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
GL_POSITION (0.0, 0.0, 1.0, 0.0) 
GL_SPOT_DIRECTION (0.0, 0.0,1.0) 
GL_SPOT_EXPONENT 0.0 
GL_SPOT_CUTOFF 180.0 
GL_CONSTANT_ATTENUATION 1.0
GL_LINEAR_ATTENUATION 0.0 
GL_QUADRATIC_ATTENUATION 0.0

2.6 光照模型

void glLightModelf(GLenum pname, TYPE param);

GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT (0.2, 0.2, 0.2, 1.0) // 整个场景的环境光RGBA
GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER 0.0 or GL_FALSE // 局部观察点还是无限远处观察点
GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE 0.0 or GL_FALSE     // 单面光照还是双面光照
GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTROL GL_SINGLE_COLOR // 镜面颜色计算是否从环境和散射颜色中分离

3. alpha值混合

glEnable(GL_BLEND);

3.1 src因子与dst因子

首先需要指定如何计算src和dst混合因子，这两个因子都是RGBA四元组，分别与src颜色和dst颜色的RGBA相乘；然后src与dst的对应成分再进行组合。例如

混合因子：

(Sr, Sg, Sb, Sa) 与 (Dr, Dg, Db,Da)

混合结果：

(RsSr+RdDr, GsSg+GdDg, BsSb+BdDb, AsSa+AdDa)

使用下面函数来设置因子

void glBlendFunc(GLenum srcfactor, GLenum destfactor);

3.2 混合算术组合方式

void glBlendEquation(GLenummode);

GL_FUNC_ADD                 CsS + CdD
GL_FUNC_SUBTRACT            CsS - CdD
GL_FUNC_REVERSE_SUBTRACT    CdD - CsS
GL_MIN                      min(CsS, CdD)
GL_MAX                      max(CsS, CdD)
GL_LOGIC_OP                 CS op CD

4. 抗锯齿

void glHint(GLenum target, GLenum hint);

hint的取值为：

GL_FASTEST
GL_NICEST
GL_DONT_CARE

target取值为：

GL_POINT_SMOOTH_HINT, GL_LINE_SMOOTH_HINT, GL_POLYGON_SMOOTH_HINT   //点线多边形
GL_FOG_HINT                                                         // 雾计算
GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT                                      // 颜色和纹理坐标插值质量
GL_GENERATE_MIPMAP_HINT                                             
GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT
GL_FRAGMENT_SHADER_DERIVATIVE_HINT

5. 雾

雾是通用的术语，描述类似大气的效果，用于模拟模糊、薄雾、烟、污染等。

glEnable(GL_FOG);
glFogi(GL_FOG_MODE, GL_EXP);
glFogfv(GL_FOG_COLOR, fogColorArr);
glFogf(GL_FOG_DENSITY, o.35);
glFogf(GL_FOG_START, 1.0);
glFogf(GL_FOG_END, 5.0);

6. 点参数

有时候可能需要渲染球体，但又不想使用效率较低的多边形近似模拟，例如对飞行模拟器中的路灯建模，或者雨滴。这些都可以渲染成点图元，并对点进行修改使其具有适当的大小和亮度。可以使用glPointSize()和glEnable(GLPOINTSMOOTH)创建较大的圆点，并使用雾来提示距离。但glPointSize()不能出现在glBegin()/glEnd()`之间，因此难以改变点的大小。

点参数能够根据点和观察点的距离，对点的大小和亮度进行衰减：

void glPointParameterf(GLenumpname, GLfloat param);
void glPointParameterfv(GLenumpname, const float* param);

GL_POINT_DISTANCE_ATTENUATION           // 衰减系数
GL_POINT_SIZE_MIN or GL_POINT_SIZE_MAX  // 点大小的绝对限制
GL_POINT_FADE_THRESHOLD_SIZE            // 
GL_POINT_SPRITE_COORD_ORIGIN            // 迭代纹理的起始点