OpenGL - Lighting
1 简单光照
OpenGL简单光照光源分为：
辐射光(Emitted Light)是最简单的一种光，它直接从物体发出并且不受任何光源影响。
环境光(Ambient Light)是由光源发出经环境多次散射而无法确定其方向的光，即似乎来自所有方向。
漫射光(Diffuse Light)来自一个方向，它垂直于物体时比倾斜时更明亮。
镜面光(Specular Light)来自特定方向并沿另一方向反射出去。
1.1 创建光源
光源有许多特性，如颜色、位置、方向等。
设置光源特性参数的函数：
void glLight{if}[v]( GLenum light , GLenum pname , TYPEparam )
参数light指定所创建的光源号，如 GL_LIGHT0 ，GL_LIGHT1 ，GL_LIGHT2 ... ...
参数pname指定光源特性
参数param设置相应光源特性值
| pname 参数名 |
缺省值 |
说明 |
| GL_AMBIENT |
( 0.0 , 0.0 , 0.0 , 1.0 ) |
环境光的颜色 |
| GL_DIFFUSE |
( 1.0 , 1.0 , 1.0 , 1.0 ) |
漫反射光的颜色 |
| GL_SPECULAR |
( 1.0 , 1.0 , 1.0 , 1.0 ) |
镜面光的颜色 |
| GL_POSITION |
( 0.0 , 0.0 , 1.0 , 0.0 ) |
光源位置坐标 |
| GL_SPOT_DIRECTION |
( 0.0 , 0.0 , -1.0 ) |
点光源聚光方向矢量 |
| GL_SPOT_EXPONENT |
0.0 |
点光源聚光指数 |
| GL_SPOT_CUTOFF |
180.0 |
点光源聚光截止角 |
| GL_CONSTANT_ATTENUATION |
1.0 |
常数衰减因子 |
| GL_LINER_ATTENUATION |
0.0 |
线性衰减因子 |
| GL_QUADRATIC_ATTENUATION |
0.0 |
平方衰减因子 |
注：只有 GL_LIGHT0 的 GL_DIFFUSE 和 GL_SPECULAR 的缺省值为 ( 1.0 ,1.0 ,1.0,1.0 )
其他光源的 GL_DIFFUSE 和 GL_SPECULAR 缺省值均为 ( 0.0 ,0.0 ,0.0,1.0 )
1.2 启动光照
glEnable( GL_LIGHTING ); // 启用光照
glEnable( GL_LIGHT0 ); // 启用指定光源
2 光照模型
OpenGL光照模型由以下三部分组成：
2.1 全局环境光
2.2 近视点和无穷远视点
2.3 双面光照
2.1 全局环境光
每个光源都能对场景提供环境光。
此外，还有一个环境光，它不来自任何特定的光源，称之为全局环境光。
这也就是为什么我们不加任何自定义光源，也能看见绘制的物体的原因。
设置全局环境光：
float Light_Model_Ambient[] = { 0.2 , 0.2 , 0.2 , 1.0 };// 缺省值
glLightModelfv( GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT ,Light_Model_Ambient );
Light_Model_Ambient参数值指定了整个场景中的环境RGBA浓度。
最大值为1.0，最小值为-1.0。
2.2 局部视点和无穷远视点
视点位置能影响镜面反射中高光的计算。
即顶点的高光强度不仅取决于顶点法向量，而且取决于顶点到光源的方向以及顶点到视点的方向。
对于无穷远视点，视点到任何顶点的方向都是相同的。
而对于局部视点，视点到每个顶点的方向是不同的。
所以需要计算视点到每个顶点的方向，因而性能降低了，但效果质量提高了。
缺省时，使用的是无穷远视点。
glLightModeli( GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER , GL_TRUE );// 将视点设置为局部视点
glLightModeli( GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER , GL_FALSE );// 将视点设置为无穷远视点
2.3 双面光照
光照计算是对所有多边形(包括其正面和背面)进行的。
而一般情况下，只设置正面光照条件，而忽略背面。
但有时候需要看到物体内侧的光照效果，这就需要用到双面光照。
glLightModeli( LIGHT_MODEL_TWO_SIDE , GL_TRUE ); // 启用双面光照
glLightModeli( LIGHT_MODEL_TWO_SIDE , GL_FALSE ); // 禁用双面光照
2.3.1 双面光照 - 示例
绘制一个没有底面的圆锥，这样就可以看见圆锥内部。
程序截图
未启用双面光照，看不见圆锥内部，看到圆锥的底面为绿色，这是由环境光造成的。
启用双面光照后，就可以看见圆锥内部了。
3 光源衰减
真实的光，离光源越远则光强越小。
而方向光源是无穷远光源，因此距离对光强没有影响，所以方向光没有衰减，但位置光则有衰减。
OpenGL是通过光源光强乘以衰减系数来计算衰减光照的。
衰减系数 = 1 / ( Kc + Kl*d + Kq*d*d )
d = 光源位置到物体顶点的距离
Kc = GL_CONSTANT_ATTENUATION 常数衰减因子
Kl = GL_LINER_ATTENUATION 线性衰减因子
Kq = GL_QUADRATIC_ATTENUATION 二次衰减因子
缺省时，衰减因子为( 1 , 0 , 0 ) 即不进行衰减
glLightf( GL_LIGHT0 , GL_CONSTANT_ATTENUATION , 1.0 );
glLightf( GL_LIGHT0 , GL_LINEAR_ATTENUATION , 0.0 );
glLightf( GL_LIGHT0 , GL_QUADRATIC_ATTENUATION , 0.0 );
环境光、漫反射光和镜面光的强度都衰减，
辐射光和全局环境光的强度不衰减
4 聚光
位置光源可以定义成聚光形式，即将光的形状限制在一个圆锥内。
用来模拟现实世界中的聚光灯。聚光的具体使用步骤如下：
4.1 设置聚光源位置
GLfloat light_position[]={ 1.0 , 1.0 , 1.0 , 1.0 };
glLightfv( GL_LIGHT0 , LIGHT_POSITION , light_position );
4.2 设置聚光最大散布角
聚光最大散布角就是光锥的轴与中心线的夹角，也就是光锥顶角的一半。
聚光最大散布角可以选择在[ 0.0 , 90.0 ]之间的值，以及一个特定值：180.0
缺省时最大散布角为180.0，即顶角为360度，光源照向所有方向。
glLightf( GL_LIGHT0,GL_SPOT_CUTOFF , 45.0 );
4.3 设置聚光方向
聚光方向决定光锥的轴，缺省值为( 0.0 , 0.0 ,-1.0 ) , 即指向负Z轴。
GLfloat spot_direction[]={ -1.0 , -1.0 , 0.0 };
glLightfv( GL_LIGHT0 , GL_SPOT_DIRECTION , spot_direction);
4.4 设置聚光指数
聚光指数控制光的集中程度，光锥中心的光强最大，越靠边的光强越小。
缺省时为0，即均匀照射。
glLightf( GL_LIGHT0 , GL_SPOT_EXPONENT , 2.0 );
5 辐射光
通过GL_EMISSION定义一个RGBA值，使物体看起来象发出这种颜色的光一样。
而现实中，除光源外，其他物体都不发光；可以利用这一特性来模拟光源。
0GLfloat mat_emission[]={ 0.1 , 0.2 , 0.3, 1.0 };
glMaterialfv( GL_FRONT , GL_EMISSION , mat_emission );
6 控制光源位置
光源的位置也可以通过变换矩阵，调整光源函数和视点变换函数来获得三种不同的效果：
1.光源位置保持固定
2.光源绕物体移动
3.光源随视点移动
6.1 物体旋转光源平移 - 示例