OpenGL学习——11.材质

前情提要：本文代码源自Github上的学习文档“LearnOpenGL”，我仅在源码的基础上加上中文注释。本文章不以该学习文档做任何商业盈利活动，一切著作权归原作者所有，本文仅供学习交流，如有侵权，请联系我删除。LearnOpenGL原网址：https://learnopengl.com/ 请大家多多支持原作者！

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欢迎来到本篇博客，今天我们将探索OpenGL中的材质（Material）。作为计算机图形学中至关重要的概念之一，材质在渲染真实感和视觉质量方面发挥着不可或缺的作用。通过正确地使用材质，我们可以模拟出各种表面特性，使渲染的物体看起来栩栩如生。
OpenGL是一种强大的图形库，广泛应用于计算机图形学和游戏开发领域。它提供了丰富的功能和灵活的编程接口，使开发人员能够创建出令人惊叹的视觉效果。在本文中，我们将深入研究OpenGL中材质的概念、属性和使用方法，帮助读者理解并掌握如何有效地利用材质来增强渲染场景的真实感和视觉效果。
无论是模拟金属的光泽、木材的纹理，还是玻璃的透明度，材质都扮演着关键角色。我们将从基础的材质属性开始，探索如何定义材质的颜色、反射率和光泽度等特性，以及如何将它们与渲染管线中的其他阶段（如顶点着色器和片元着色器）进行协调。我们还将介绍一些高级的材质技术，如纹理映射和法线贴图，以提供更加逼真和细致的渲染结果。
无论你是OpenGL初学者还是有一定经验的开发者，本文都将为你提供有关材质的全面指南。让我们深入研究OpenGL材质的世界，一同探索如何通过巧妙地运用材质属性，为你的图形应用带来令人惊艳的视觉效果吧！
 

项目结构：

vs_materials.txt着色器代码：

#version 330 core

layout (location = 0) in vec3 aPos;   // 位置变量的属性位置值为 0 
layout (location = 1) in vec3 aNormal;

out vec3 FragPos;  
out vec3 Normal;

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
    FragPos = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));
    Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;
}

fs_materials.txt着色器代码：

#version 330 core

struct Material {
    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;    
    float shininess;
}; 

struct Light {
    vec3 position;
    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
};

out vec4 FragColor; // 输出片段颜色

in vec3 FragPos;  
in vec3 Normal;  

uniform vec3 viewPos;
uniform Material material;
uniform Light light;

void main()
{
    // 环境光照
    vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;
  	
    // 漫反射
    vec3 norm = normalize(Normal);
    vec3 lightDir = normalize(light.position - FragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
    vec3 diffuse = light.diffuse * (diff * material.diffuse);
    
    // 镜面光照
    vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);  
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
    vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular);  
        
    vec3 result = ambient + diffuse + specular;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

vs_light_cube.txt着色器代码：

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;   // 位置变量的属性位置值为 0 

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}

fs_light_cube.txt着色器代码：

#version 330 core
out vec4 FragColor; // 输出片段颜色

uniform vec3 lightCubeColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(lightCubeColor, 1.0);
}

SHADER_H.h头文件代码：

#ifndef SHADER_H

#define SHADER_H

#include ;
#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 



/* 着色器类 */
class Shader
{
public:
    /* 着色器程序 */
    unsigned int shaderProgram;

    /* 构造函数，从文件读取并构建着色器 */
    Shader(const char* vertexPath, const char* fragmentPath)
    {
        std::string vertexCode;
        std::string fragmentCode;
        std::ifstream vShaderFile;
        std::ifstream fShaderFile;
        /* 保证ifstream对象可以抛出异常： */
        vShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
        fShaderFile.exceptions(std::ifstream::failbit | std::ifstream::badbit);
        try
        {
            /* 打开文件 */
            vShaderFile.open(vertexPath);
            fShaderFile.open(fragmentPath);
            std::stringstream vShaderStream, fShaderStream;
            /* 读取文件的缓冲内容到数据流中 */
            vShaderStream << vShaderFile.rdbuf();
            fShaderStream << fShaderFile.rdbuf();
            /* 关闭文件处理器 */
            vShaderFile.close();
            fShaderFile.close();
            /* 转换数据流到string */
            vertexCode = vShaderStream.str();
            fragmentCode = fShaderStream.str();
        }
        catch (std::ifstream::failure e)
        {
            std::cout << "ERROR::SHADER::FILE_NOT_SUCCESFULLY_READ" << std::endl;
        }

        /* string类型转化为char字符串类型 */
        const char* vShaderCode = vertexCode.c_str();
        const char* fShaderCode = fragmentCode.c_str();

        /* 着色器 */
        unsigned int vertex, fragment;
        int success;
        /* 信息日志（编译或运行报错信息） */
        char infoLog[512];

        /* 顶点着色器 */
        vertex = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
        glShaderSource(vertex, 1, &vShaderCode, NULL);
        /* 编译 */
        glCompileShader(vertex);
        /* 打印编译错误（如果有的话） */
        glGetShaderiv(vertex, GL_COMPILE_STATUS, &success);
        if (!success)
        {
            glGetShaderInfoLog(vertex, 512, NULL, infoLog);
            std::cout << "ERROR::SHADER::VERTEX::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
        };

        /* 片段着色器 */
        fragment = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);
        glShaderSource(fragment, 1, &fShaderCode, NULL);
        /* 编译 */
        glCompileShader(fragment);
        /* 打印编译错误（如果有的话） */
        glGetShaderiv(fragment, GL_COMPILE_STATUS, &success);
        if (!success)
        {
            glGetShaderInfoLog(fragment, 512, NULL, infoLog);
            std::cout << "ERROR::SHADER::FRAGMENT::COMPILATION_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
        }

        /* 着色器程序 */
        shaderProgram = glCreateProgram();
        /* 连接顶点着色器和片段着色器到着色器程序中 */
        glAttachShader(shaderProgram, vertex);
        glAttachShader(shaderProgram, fragment);
        /* 链接着色器程序到我们的程序中 */
        glLinkProgram(shaderProgram);
        /* 打印连接错误（如果有的话） */
        glGetProgramiv(shaderProgram, GL_LINK_STATUS, &success);
        if (!success)
        {
            glGetProgramInfoLog(shaderProgram, 512, NULL, infoLog);
            std::cout << "ERROR::SHADER::PROGRAM::LINKING_FAILED\n" << infoLog << std::endl;
        }

        /* 删除着色器，它们已经链接到我们的程序中了，已经不再需要了 */
        glDeleteShader(vertex);
        glDeleteShader(fragment);
    }

    /* 激活着色器程序 */
    void use()
    {
        glUseProgram(shaderProgram);
    }

    /* 实用程序统一函数，Uniform工具函数，用于设置uniform类型的数值 */
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setBool(const std::string& name, bool value) const
    {
        glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), (int)value);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setInt(const std::string& name, int value) const
    {
        glUniform1i(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), value);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setFloat(const std::string& name, float value) const
    {
        glUniform1f(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), value);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setVec2(const std::string& name, const glm::vec2& value) const
    {
        glUniform2fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, &value[0]);
    }
    void setVec2(const std::string& name, float x, float y) const
    {
        glUniform2f(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), x, y);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setVec3(const std::string& name, const glm::vec3& value) const
    {
        glUniform3fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, &value[0]);
    }
    void setVec3(const std::string& name, float x, float y, float z) const
    {
        glUniform3f(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), x, y, z);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setVec4(const std::string& name, const glm::vec4& value) const
    {
        glUniform4fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, &value[0]);
    }
    void setVec4(const std::string& name, float x, float y, float z, float w) const
    {
        glUniform4f(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), x, y, z, w);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setMat2(const std::string& name, const glm::mat2& mat) const
    {
        glUniformMatrix2fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, GL_FALSE, &mat[0][0]);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setMat3(const std::string& name, const glm::mat3& mat) const
    {
        glUniformMatrix3fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, GL_FALSE, &mat[0][0]);
    }
    // ------------------------------------------------------------------------
    void setMat4(const std::string& name, const glm::mat4& mat) const
    {
        glUniformMatrix4fv(glGetUniformLocation(shaderProgram, name.c_str()), 1, GL_FALSE, &mat[0][0]);
    }

    /* 删除着色器程序 */
    void deleteProgram()
    {
        glDeleteProgram(shaderProgram);
    }
};



#endif

camera.h头文件代码：

#ifndef CAMERA_H

#define CAMERA_H

#include 
#include 
#include 

#include 

/* 定义摄影机移动的几个可能选项。 */
enum Camera_Movement {
    /* 前进 */
    FORWARD,
    /* 后退 */
    BACKWARD,
    /* 左移 */
    LEFT,
    /* 右移 */
    RIGHT,
    /* 上升 */
    RISE,
    /* 下降 */
    FALL
};

/* 默认摄像机参数 */
/* 偏航角 */
const float YAW = -90.0f;
/* 俯仰角 */
const float PITCH = 0.0f;
/* 速度 */
const float SPEED = 2.5f;
/* 鼠标灵敏度 */
const float SENSITIVITY = 0.1f;
/* 视野 */
const float ZOOM = 70.0f;


/* 一个抽象的摄影机类，用于处理输入并计算相应的欧拉角、向量和矩阵，以便在OpenGL中使用 */
class Camera
{
public:
    /* 摄影机属性 */
    /* 位置 */
    glm::vec3 Position;
    /* 朝向 */
    glm::vec3 Front;
    /* 上轴 */
    glm::vec3 Up;
    /* 右轴 */
    glm::vec3 Right;
    /* 世界竖直向上方向 */
    glm::vec3 WorldUp;

    /* 偏航角 */
    float Yaw;
    /* 俯仰角 */
    float Pitch;

    /* 摄影机选项 */
    /* 移动速度 */
    float MovementSpeed;
    /* 鼠标灵敏度 */
    float MouseSensitivity;
    /* 视野 */
    float Zoom;

    /* 矢量的构造函数 */
    Camera(glm::vec3 position = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), glm::vec3 up = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f), float yaw = YAW, float pitch = PITCH) : Front(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f)), MovementSpeed(SPEED), MouseSensitivity(SENSITIVITY), Zoom(ZOOM)
    {
        Position = position;
        WorldUp = up;
        Yaw = yaw;
        Pitch = pitch;
        updateCameraVectors();
    }
    /* 标量的构造函数 */
    Camera(float posX, float posY, float posZ, float upX, float upY, float upZ, float yaw, float pitch) : Front(glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f)), MovementSpeed(SPEED), MouseSensitivity(SENSITIVITY), Zoom(ZOOM)
    {
        Position = glm::vec3(posX, posY, posZ);
        WorldUp = glm::vec3(upX, upY, upZ);
        Yaw = yaw;
        Pitch = pitch;
        updateCameraVectors();
    }

    /* 返回使用欧拉角和LookAt矩阵计算的视图矩阵 */
    glm::mat4 GetViewMatrix()
    {
        return glm::lookAt(Position, Position + Front, Up);
    }

    /* 处理从任何类似键盘的输入系统接收的输入。接受相机定义ENUM形式的输入参数（从窗口系统中提取） */
    void ProcessKeyboard(Camera_Movement direction, float deltaTime)
    {
        float velocity = MovementSpeed * deltaTime;
        if (direction == FORWARD)
            Position += Front * velocity;
        if (direction == BACKWARD)
            Position -= Front * velocity;
        if (direction == LEFT)
            Position -= Right * velocity;
        if (direction == RIGHT)
            Position += Right * velocity;
        if (direction == RISE)
            Position += Up * velocity;
        if (direction == FALL)
            Position -= Up * velocity;
    }

    /* 处理从鼠标输入系统接收的输入。需要x和y方向上的偏移值。 */
    void ProcessMouseMovement(float xoffset, float yoffset, GLboolean constrainPitch = true)
    {
        xoffset *= MouseSensitivity;
        yoffset *= MouseSensitivity;

        Yaw += xoffset;
        Pitch += yoffset;

        /* 确保当俯仰角超出范围时，屏幕不会翻转 */
        if (constrainPitch)
        {
            if (Pitch > 89.0f)
                Pitch = 89.0f;
            if (Pitch < -89.0f)
                Pitch = -89.0f;
        }

        /* 使用更新的欧拉角更新“朝向”、“右轴”和“上轴” */
        updateCameraVectors();
    }

    /* 处理从鼠标滚轮事件接收的输入 */
    void ProcessMouseScroll(float yoffset)
    {
        Zoom -= (float)yoffset;
        if (Zoom < 10.0f)
            Zoom = 10.0f;
        if (Zoom > 120.0f)
            Zoom = 120.0f;
    }

private:
    /* 根据摄影机的（更新的）欧拉角计算摄影机朝向 */
    void updateCameraVectors()
    {
        /* 计算新的摄影机朝向 */
        glm::vec3 front;
        front.x = cos(glm::radians(Yaw)) * cos(glm::radians(Pitch));
        front.y = sin(glm::radians(Pitch));
        front.z = sin(glm::radians(Yaw)) * cos(glm::radians(Pitch));
        Front = glm::normalize(front);
        /* 还重新计算右轴和上轴 */
        /* 重新规范(修正)向量，因为当它们的长度越接近0或向上向下看得多时，将会导致移动速度变慢 */
        Right = glm::normalize(glm::cross(Front, WorldUp));
        Up = glm::normalize(glm::cross(Right, Front));
    }
};



#endif

Materials.cpp源文件代码：

/*
 *
 * OpenGL学习——11.材质
 * 2024年2月9日
 *
 */



#include 

#include "glad/glad.h"
#include "GLFW/glfw3.h"
#include "glad/glad.c"
#include 
#include 
#include 

 /* 着色器头文件 */
#include "SHADER_H.h"
/* 摄影机头文件 */
#include "camera.h"

#pragma comment(lib, "glfw3.lib")
#pragma comment(lib, "opengl32.lib")

/* 屏幕宽度 */
const int screenWidth = 1600;
/* 屏幕高度 */
const int screenHeight = 900;

/* 摄影机初始位置 */
Camera camera(glm::vec3(0.0f, 0.0f, 3.0f));
float lastX = screenWidth / 2.0f;
float lastY = screenHeight / 2.0f;
bool firstMouse = true;

/* 两帧之间的时间 */
float deltaTime = 0.0f;
float lastFrame = 0.0f;

/* 灯光位置 */
glm::vec3 lightPos(0.0f, 0.0f, -5.0f);

/* 这是framebuffer_size_callback函数的定义，该函数用于处理窗口大小变化的回调函数。当窗口的大小发生变化时，该函数会被调用，
它会设置OpenGL视口(Viewport)的大小，以确保渲染结果正确显示。 */
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow* window, int width, int height)
{
    glViewport(0, 0, width, height);
}

/* 处理用户输入 */
void processInput(GLFWwindow* window)
{
    /* 退出 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
        glfwSetWindowShouldClose(window, true);

    /* 前进 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(FORWARD, deltaTime);
    /* 后退 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(BACKWARD, deltaTime);
    /* 左移 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(LEFT, deltaTime);
    /* 右移 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(RIGHT, deltaTime);
    /* 上升 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_SPACE) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(RISE, deltaTime);
    /* 下降 */
    if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_LEFT_SHIFT) == GLFW_PRESS)
        camera.ProcessKeyboard(FALL, deltaTime);
}

/* 鼠标回调函数 */
void mouse_callback(GLFWwindow* window, double xposIn, double yposIn)
{
    float xpos = static_cast(xposIn);
    float ypos = static_cast(yposIn);

    if (firstMouse)
    {
        lastX = xpos;
        lastY = ypos;
        firstMouse = false;
    }

    float xoffset = xpos - lastX;
    float yoffset = lastY - ypos;

    lastX = xpos;
    lastY = ypos;

    camera.ProcessMouseMovement(xoffset, yoffset);
}

/* 滚轮回调函数 */
void scroll_callback(GLFWwindow* window, double xoffset, double yoffset)
{
    camera.ProcessMouseScroll(static_cast(yoffset));
}

int main()
{
    /* 这是GLFW库的初始化函数，用于初始化GLFW库的状态以及相关的系统资源。 */
    glfwInit();

    /* 下面两行代码表示使用OpenGL“3.3”版本的功能 */
    /* 这行代码设置OpenGL上下文的主版本号为3。这意味着我们希望使用OpenGL “3.几”版本的功能。 */
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
    /* 这行代码设置OpenGL上下文的次版本号为3。这表示我们希望使用OpenGL “几.3”版本的功能。 */
    glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);

    /* 这行代码设置OpenGL的配置文件为核心配置文件(Core Profile)。核心配置文件是3.2及以上版本引入的，移除了一些已经被认为过时或不推荐使用的功能。 */
    glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_PROFILE, GLFW_OPENGL_CORE_PROFILE);

    /* 这行代码的作用是设置OpenGL上下文为向前兼容模式，但该程序无需向后兼容，所以注释掉 */
    //glfwWindowHint(GLFW_OPENGL_FORWARD_COMPAT, GL_TRUE);

    /* 这行代码创建一个名为"LearnOpenGL"的窗口，窗口的初始宽度为800像素，高度为600像素。最后两个参数为可选参数，用于指定窗口的监视器（显示器），
    在此处设置为NULL表示使用默认的显示器。函数返回一个指向GLFWwindow结构的指针，用于表示创建的窗口。 */
    GLFWwindow* window = glfwCreateWindow(screenWidth, screenHeight, "LearnOpenGL", NULL, NULL);

    /* 这是一个条件语句，判断窗口是否成功创建。如果窗口创建失败，即窗口指针为NULL，执行if语句块内的代码。 */
    if (window == NULL)
    {
        /* 这行代码使用C++标准输出流将字符串"Failed to create GLFW window"打印到控制台。即打印出“GLFW窗口创建失败”的错误信息。 */
        std::cout << "Failed to create GLFW window" << std::endl;

        /* 这行代码用于终止GLFW库的运行，释放相关的系统资源。 */
        glfwTerminate();

        /* 这是main函数的返回语句，表示程序异常结束并返回-1作为退出码。在C++中，返回负数通常表示程序发生错误或异常退出。 */
        return -1;
    }

    /* 这行代码将指定的窗口的上下文设置为当前上下文。它告诉OpenGL将所有渲染操作应用于指定窗口的绘图缓冲区。
     * 这是为了确保OpenGL在正确的窗口上进行渲染。 */
    glfwMakeContextCurrent(window);

    /* 这是一个条件语句，用于检查GLAD库的初始化是否成功。gladLoadGLLoader函数是GLAD库提供的函数，用于加载OpenGL函数指针。
    glfwGetProcAddress函数是GLFW库提供的函数，用于获取特定OpenGL函数的地址。这行代码将glfwGetProcAddress函数的返回值转换为GLADloadproc类型，
    并将其作为参数传递给gladLoadGLLoader函数。如果初始化失败，即返回值为假（NULL），则执行if语句块内的代码。 */
    if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
    {
        /* 这行代码使用C++标准输出流将字符串"Failed to initialize GLAD"打印到控制台。即打印出“GLAD库初始化失败”的错误信息。 */
        std::cout << "Failed to initialize GLAD" << std::endl;

        /* 这是main函数的返回语句，表示程序异常结束并返回-1作为退出码。在C++中，返回负数通常表示程序发生错误或异常退出。 */
        return -1;
    }

    /* 渲染之前必须告诉OpenGL渲染窗口的尺寸大小，即视口(Viewport)，这样OpenGL才只能知道怎样根据窗口大小显示数据和坐标。 */
    /* 这行代码设置窗口的维度(Dimension)，glViewport函数前两个参数控制窗口左下角的位置。第三个和第四个参数控制渲染窗口的宽度和高度（像素）。 */
    /* 实际上也可以将视口的维度设置为比GLFW的维度小，这样子之后所有的OpenGL渲染将会在一个更小的窗口中显示，
     * 这样子的话我们也可以将一些其它元素显示在OpenGL视口之外。 */
    glViewport(0, 0, screenWidth, screenHeight);

    /* 这行代码设置了窗口大小变化时的回调函数，即当窗口大小发生变化时，framebuffer_size_callback函数会被调用。 */
    glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);

    /* 鼠标回调 */
    glfwSetCursorPosCallback(window, mouse_callback);
    /* 滚轮回调 */
    glfwSetScrollCallback(window, scroll_callback);
    /* 隐藏光标 */
    glfwSetInputMode(window, GLFW_CURSOR, GLFW_CURSOR_DISABLED);

    /* 开启深度测试 */
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    Shader lightingShader("vs_materials.txt", "fs_materials.txt");
    Shader lightCubeShader("vs_light_cube.txt", "fs_light_cube.txt");

    /* 定义顶点坐标数据的数组 */
    float vertices[] =
    {
        // 顶点坐标          // 法向量
        // +X面
         0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 右上角
         0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 右下角
         0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 左下角
         0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 左上角
        // -X面
        -0.5f,  0.5f,  0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 右上角
        -0.5f, -0.5f,  0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 右下角
        -0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 左下角
        -0.5f,  0.5f, -0.5f, -1.0f,  0.0f,  0.0f,   // 左上角
        // +Y面
         0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  1.0f,  0.0f,   // 右上角
         0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  1.0f,  0.0f,   // 右下角
        -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  1.0f,  0.0f,   // 左下角
        -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  1.0f,  0.0f,   // 左上角
        // -Y面
         0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, -1.0f,  0.0f,   // 右上角
         0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, -1.0f,  0.0f,   // 右下角
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, -1.0f,  0.0f,   // 左下角
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, -1.0f,  0.0f,   // 左上角
        // +Z面
         0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,   // 右上角
         0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,   // 右下角
        -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,   // 左下角
        -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f,  0.0f,  1.0f,   // 左上角
        // -Z面
        -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,   // 右上角
        -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,   // 右下角
         0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f,   // 左下角
         0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f,  0.0f, -1.0f   // 左上角
    };

    /* 定义索引数据的数组 */
    unsigned int indices[] =
    {
        // 注意索引从0开始! 此例的索引(0,1,2,3)就是顶点数组vertices的下标，这样可以由下标代表顶点组合成矩形
        // +X面
         0,  1,  3, // 第一个三角形
         1,  2,  3, // 第二个三角形
        // -X面
         4,  5,  7, // 第一个三角形
         5,  6,  7, // 第二个三角形
        // +Y面
         8,  9, 11, // 第一个三角形
         9, 10, 11, // 第二个三角形
        // -Y面
        12, 13, 15, // 第一个三角形
        13, 14, 15, // 第二个三角形
        // +Z面
        16, 17, 19, // 第一个三角形
        17, 18, 19, // 第二个三角形
        // -Z面
        20, 21, 23, // 第一个三角形
        21, 22, 23, // 第二个三角形
    };

    /* 方块的位置 */
    glm::vec3 cubePositions[] = {
        glm::vec3(0.0f,  0.0f,  0.0f),
        glm::vec3(2.0f,  5.0f, -7.0f),
        glm::vec3(-1.5f, -2.2f, -2.5f),
        glm::vec3(-3.8f, -2.0f, -6.3f),
        glm::vec3(2.4f, -0.4f, -3.5f),
        glm::vec3(-1.7f,  3.0f, -7.5f),
        glm::vec3(1.3f, -2.0f, -2.5f),
        glm::vec3(1.5f,  2.0f, -4.5f),
        glm::vec3(3.5f,  0.2f, -1.5f),
        glm::vec3(-1.3f,  1.0f, -1.5f)
    };

    /* 创建顶点数组对象（cubeVAO）（lightCubeVAO），顶点缓冲对象（VBO）和元素缓冲对象（EBO） */
    unsigned int cubeVAO, lightCubeVAO;
    unsigned int VBO;
    unsigned int EBO;

    glGenVertexArrays(1, &cubeVAO);
    glGenVertexArrays(1, &lightCubeVAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);
    glGenBuffers(1, &EBO);

    /* cubeVAO */
    /* 绑定顶点数组对象，顶点缓冲对象和元素缓冲对象 */
    glBindVertexArray(cubeVAO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);

    /* 将顶点数据复制到顶点缓冲对象中 */
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    /* 将索引数据复制到元素缓冲对象中 */
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    /* 设置顶点属性指针，指定如何解释顶点数据 */
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0); // 顶点坐标
    /* 启用顶点属性 */
    glEnableVertexAttribArray(0);

    /* 设置顶点属性指针，指定如何解释顶点数据 */
    glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3 * sizeof(float))); // 法向量
    /* 启用顶点属性 */
    glEnableVertexAttribArray(1);

    /* lightCubeVAO */
    /* 绑定顶点数组对象，顶点缓冲对象和元素缓冲对象 */
    glBindVertexArray(lightCubeVAO);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);

    /* 将顶点数据复制到顶点缓冲对象中 */
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    /* 将索引数据复制到元素缓冲对象中 */
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    /* 设置顶点属性指针，指定如何解释顶点数据 */
    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0); // 顶点坐标
    /* 启用顶点属性 */
    glEnableVertexAttribArray(0);

    /* 解绑顶点数组对象，顶点缓冲对象和元素缓冲对象 */
    glBindVertexArray(0);
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0);

    /* 这是一个循环，只要窗口没有被要求关闭，就会一直执行循环内的代码。 */
    while (!glfwWindowShouldClose(window))
    {
        float currentFrame = static_cast(glfwGetTime());
        deltaTime = currentFrame - lastFrame;
        lastFrame = currentFrame;

        /* 这行代码调用processInput函数，用于处理用户输入。 */
        processInput(window);

        /* 这行代码设置清空颜色缓冲区时的颜色。在这个示例中，将颜色设置为浅蓝色。 */
        glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        /* 这行代码清空颜色缓冲区，以准备进行下一帧的渲染。 */
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
        /* 清除深度缓冲 */
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

        /* 使用着色器程序 */
        lightingShader.use();

        /* 摄影机位置 */
        lightingShader.setVec3("viewPos", camera.Position);

        /* 灯光特性 */
        glm::vec3 lightColor;
        lightColor.x = static_cast(sin(glfwGetTime() * 2.5) / 2.0 + 0.5);
        lightColor.y = static_cast(sin(glfwGetTime() * 0.7) / 2.0 + 0.5);
        lightColor.z = static_cast(sin(glfwGetTime() * 1.3) / 2.0 + 0.5);
        glm::vec3 diffuseColor = lightColor   * glm::vec3(0.8f);
        glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f);
        lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);
        lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);
        lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
        lightingShader.setVec3("light.position", lightPos);

        /* 材质特性 */
        lightingShader.setVec3("material.ambient", 0.3f, 0.6f, 0.9f);
        lightingShader.setVec3("material.diffuse", 0.3f, 0.6f, 0.9f);
        lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
        lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);

        /* 视角矩阵 */
        glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
        view = camera.GetViewMatrix();

        /* 透视矩阵 */
        glm::mat4 projection = glm::mat4(1.0f);
        projection = glm::perspective(glm::radians(camera.Zoom), (float)screenWidth / (float)screenHeight, 0.1f, 100.0f);

        /* 将视图矩阵的值传递给对应的uniform */
        lightingShader.setMat4("view", view);
        /* 将投影矩阵的值传递给对应的uniform */
        lightingShader.setMat4("projection", projection);

        /* 模型矩阵 */
        glm::mat4 model;

        /* 绑定顶点数组对象 */
        glBindVertexArray(cubeVAO);
        for (unsigned int i = 0; i < 10; i++)
        {
            /* 计算每个对象的模型矩阵，并在绘制之前将其传递给着色器 */
            model = glm::mat4(1.0f);
            /* 移动 */
            model = glm::translate(model, cubePositions[i]);
            /* 旋转 */
            model = glm::rotate(model, (float)glfwGetTime() * (i + 1) / 5, glm::vec3(-0.5f + ((float)i / 10.0), 1.0f, 0.0f));

            /* 将模型矩阵的值传递给对应的uniform */
            lightingShader.setMat4("model", model);

            /* 绘制矩形 */
            glDrawElements(GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_INT, 0);
        }

        /* 使用着色器程序 */
        lightCubeShader.use();

        /* 灯方块颜色 */
        lightCubeShader.setVec3("lightCubeColor", 1.0f, 1.0f, 1.0f);

        /* 将投影矩阵的值传递给对应的uniform */
        lightCubeShader.setMat4("projection", projection);
        /* 将视图矩阵的值传递给对应的uniform */
        lightCubeShader.setMat4("view", view);

        /* 赋值为单位矩阵 */
        model = glm::mat4(1.0f);
        /* 移动 */
        model = glm::translate(model, lightPos);
        /* 缩小 */
        model = glm::scale(model, glm::vec3(0.2f));

        /* 将模型矩阵的值传递给对应的uniform */
        lightCubeShader.setMat4("model", model);

        /* 绑定顶点数组对象 */
        glBindVertexArray(lightCubeVAO);
        /* 绘制矩形 */
        glDrawElements(GL_TRIANGLES, 36, GL_UNSIGNED_INT, 0);

        /* 这行代码交换前后缓冲区，将当前帧的渲染结果显示到窗口上。 */
        glfwSwapBuffers(window);

        /* 这行代码处理窗口事件，例如键盘输入、鼠标移动等。它会检查是否有事件发生并触发相应的回调函数。 */
        glfwPollEvents();
    }

    /* 删除顶点数组对象 */
    glDeleteVertexArrays(1, &cubeVAO);
    /* 删除顶点缓冲对象 */
    glDeleteBuffers(1, &VBO);
    /* 删除元素缓冲对象 */
    glDeleteBuffers(1, &EBO);
    /* 删除着色器程序 */
    lightingShader.deleteProgram();
    lightCubeShader.deleteProgram();

    /* 这行代码终止GLFW库的运行，释放相关的系统资源。 */
    glfwTerminate();

    /* 程序结束，返回0 */
    return 0;
}

运行结果：

注意！该程序操作方式如下：

WSAD键控制前后左右移动，空格键飞行，shift键下降，
鼠标移动控制视角，鼠标滚轮控制视野缩放。
Esc键退出程序。

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另外在运行程序时，请打开键盘的英文大写锁定，
否则按shift之后会跳出中文输入法。
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如有建议、疑问或任何其他想法，都欢迎在下方的评论区留言！您的反馈对于我改善和扩展本文的内容非常重要。
在这篇博客文章中，我将尽力详细介绍OpenGL中材质的概念和应用。然而，我也清楚这是一个广阔而复杂的主题，因此我鼓励各位读者积极参与讨论和分享自己的经验。如果您对某个特定的材质属性或技术有疑问，或者您有关于材质在实际项目中的使用经验，都非常欢迎您在评论区与我们分享。
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