实验9 OpenGL光照

1.实验目的:

了解掌握OpenGL程序的光照与材质,能正确使用光源与材质函数设置所需的绘制效果。

2.实验内容:

(1)下载并运行Nate Robin程序包中的lightmaterial程序,试验不同光照、材质系数。
(2)运行示范代码,了解光照与材质函数使用。

3.实验原理:

为在场景中增加光照,需要执行以下步骤。
(1)设置一个或多个光源,设定它的有关属性。
(2)选择一种光照模型。
(3)设置物体的材料属性。
具体见教材用OpenGL生成真实感图形的相关内容。

4.实验代码:

#include <GL/glut.h>
#include <stdlib.h>
// 初始化材质、光源、光照模型、深度缓存
void myInit(void)
{
   GLfloat mat_specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
   GLfloat mat_shininess[] = { 50.0 };
   GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 };
   GLfloat white_light[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };
   GLfloat Light_Model_Ambient[] = { 0.2 , 0.2 , 0.2 , 1.0 };

   glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
   glShadeModel (GL_SMOOTH);

   glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
   glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);
   
   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, white_light);
   glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, white_light);
   glLightModelfv( GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT , Light_Model_Ambient );

   glEnable(GL_LIGHTING);
   glEnable(GL_LIGHT0);
   glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}

void myDisplay(void)
{
   glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
   //glutSolidSphere (1.0, 20, 16);
   glutSolidTeapot(0.5);
   glFlush ();
}

void myReshape (int w, int h)
{
   glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
   glMatrixMode (GL_PROJECTION);
   glLoadIdentity();
   if (w <= h)
      glOrtho (-1.5, 1.5, -1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w,
         1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w, -10.0, 10.0);
   else
      glOrtho (-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,
         1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0);
   glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
   glLoadIdentity();
}

int main(int argc, char** argv)
{
   glutInit(&argc, argv);
   glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
   glutInitWindowSize (500, 500); 
   glutInitWindowPosition (100, 100);
   glutCreateWindow (argv[0]);
   myInit ();
   glutDisplayFunc(myDisplay); 
   glutReshapeFunc(myReshape);
   glutMainLoop();
   return 0;
}

运行结果如图A.9(a)所示。
在这里插入图片描述

图A.9(a)原光照材质效果

5.实验提高

尝试为实验代码改变镜面反射参数、环境光参数、灯的位置和背景色后效果,如图A.9(b)所示。
在这里插入图片描述

图A.9(b)改变反射、环境光参数、背景色后效果
### OpenGL光照实验教程 #### 实验目的 掌握OpenGL中的基础光照设置方法,理解如何配置光源以及物体表面材质属性来实现逼真的渲染效果[^1]。 #### 准备工作 确保开发环境已安装并配置好支持OpenGL的库文件。可以参考具体平台下的官方文档完成此部分操作。对于想要快速搭建环境的同学来说,也可以尝试访问在线IDE或者利用预编译好的Docker镜像来进行练习[^2]。 #### 设置光源位置与参数 在OpenGL程序中定义光源的位置及其特性是非常重要的一步。下面给出了一段用于初始化单个方向光(Directional Light)的例子: ```cpp // 定义光源位置向量 (x,y,z,w),w=0表示无限远的方向光 float lightPos[] = { 0.0f, 0.0f,-1.0f, 0.0f }; void initLighting() { glEnable(GL_LIGHTING); // 启用光照模型 glEnable(GL_LIGHT0); // 开启第一个灯光源 glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,lightPos); // 设定光源位置 } ``` 这段代码展示了怎样创建一个位于摄像机前方(-Z轴正方向) 的平行光线,并将其应用到场景当中[^4]。 #### 应用材料属性 为了使被照亮的对象看起来更加真实,在设置了光源之后还需要指定对象本身的反射性质——即所谓的“材质”。这里提供了一个简单的例子说明如何给一个球体赋予金属质感: ```cpp GLfloat mat_ambient[] = { 0.192250, 0.192250, 0.192250 }; GLfloat mat_diffuse[] = { 0.507540, 0.507540, 0.507540 }; GLfloat mat_specular[] ={ 0.508273, 0.508273, 0.508273}; GLfloat mat_shininess[] = {0.4 * 128.0}; glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_ambient); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR,mat_specular ); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS,mat_shininess); // 绘制带材质特性的几何图形... glutSolidSphere(1.0, 20, 16); ``` 上述片段实现了对球形实体施加特定的颜色响应模式,使其能够在不同类型的照明条件下呈现出接近于金属的效果[^3]。 #### 进阶探索 当熟悉了基本概念和技术细节后,还可以进一步研究其他高级主题比如多重光源组合、法线贴图(normal mapping)技术等,这些都能显著提升最终图像的质量和视觉冲击力。
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