再读OpenGL红宝书(1-8章)

   作为 OpenGLARB 写的 Official Guide, 确实值得学习 OpenGL 的开发者反复研读。我没有买第 5 版，一直都是读的第 4 版，两版的差异我还不得而知，而 OpenGL3 也即将正式发布了。

<!--[if !supportLists]--> 1）<!--[endif]--> 真实感图形学和非真实感图形学 (NPR) 的区别和联系，近几年 NPR 的研究也开始发展起来了，连续几年都在 Siggraph 上有这方面的文章发表。

<!--[if !supportLists]--> 2）<!--[endif]--> 线性代数，微分几何，数值计算等数学知识在图形学的研究中占据十分重要的地位，我这才明白为什么那么多数学系的研究生从事图形学的研究。

<!--[if !supportLists]--> 3）<!--[endif]--> “OpenGL 是一个状态机 ” ，所以时刻注意当前的状态。这点值得好好思考。。。

<!--[if !supportLists]--> 4）<!--[endif]--> 几何数据和像素数据的两条绘制流水线的流程

<!--[if !supportLists]--> 5）<!--[endif]--> openGL 的矩阵变换是和代码顺序相反的顺序执行的，所以写代码都是先写投影变换，再写模型视图变换，而执行变换是按从后到前的顺序的

<!--[if !supportLists]--> 6）<!--[endif]--> 要利用 glPushMatrix 和 glPopMatrix ， glPushAttribute() , glPopAttribute() 来进行矩阵和状态的保存和恢复。

<!--[if !supportLists]--> 7）<!--[endif]--> glPolygonMode 来设置多边形正面和背面的绘制模式

<!--[if !supportLists]--> 8）<!--[endif]--> 一般来说，顶点以逆时针顺序绘制的多边形为正面，但可以用 glFrontFace 来控制如何确定多边形的正面。不透明多边形构成的封闭面中，背面不可见，若视点处于物体外部，则可以用 glCullFace 来剔除 (culling) 掉背面。若视点处于物体内部，则背面可见。

<!--[if !supportLists]--> 9）<!--[endif]--> 画一个立方体，如果我们一个个面去绘制的话，就会重复绘制两个面的公共点，这种情况下我们可以使用顶点数组，主要用到的函数有 glEnableClientState(),glVertexPointer(),glColorPointe,glArrayElement,glDrawElements,

glMultiDrawElements,glDrawRangeElements,glDrawArrays,glMultiDrawArrays,glIneteleavedArrays 等函数 .

<!--[if !supportLists]--> 10） 绘制曲面时采用的三角形分割，注意分割的递归深度和所需要满足的曲率要求。

<!--[if !supportLists]--> 11）<!--[endif]--> 各种矩阵变换和照相机的类比。移动相机和反向移动物体效果是一样的

<!--[if !supportLists]--> 12）         <!--[endif]--> 视口变换期间会对 z 坐标进行编码，然后保存在深度缓存中，可以使用 glDepthRange 将 z 坐标缩放到指定的范围内，默认范围是 [0,1] 。透视投影中会对变换后的深度坐标执行透视除法 ( 除以 w), 离近剪裁面越远，变换后的深度坐标度量未知的准确性越低。

<!--[if !supportLists]--> 13）<!--[endif]--> 投影时注意 near 和 far 必须都大于 0 ，分别表示近剪裁面和远剪裁面到视点的距离。

<!--[if !supportLists]--> 14）<!--[endif]--> 可以最多定义 6 个附加剪裁面，平面由方程 Ax+By+Cz=0 确定， OpenGL 会自动对剪裁面进行模型变换和视点变换。被剪裁掉的多边形， OpenGL 会自动重新生成其边，使用的函数是 glClipPlane() 。

15 ）逆变换是从鼠标选中的屏幕位置来确定对应的三维空间中位置，这可以使用 gluUnProject 和 gluUnProject4 来实现。若 glDepthRange() 指定的是默认设置，则 z 为 0.0 时，对应的点位于近剪裁面上， z 为 1.0 时，对应的点位于远剪裁面上。 gluProject （）是用来模拟绘制流水线的操作用的，给定三维世界坐标和所有的变换，它可以返回变换后得到的窗口坐标。

16 ）抖动是使用几种颜色合成其他颜色的技术，它的原理就是覆盖由多个像素组成的区域而不是单个的像素，使用的参数是 GL_DITHER 。

17 ）隐藏面消除是利用深度缓存实现的，使用 glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT) 将所有像素的深度值设置为最大可能距离（一般是远剪裁面），在绘制每个面的时候计算其到观察面的距离，若调用了 glEnable(GL_DEPTH_TEST) 来启用深度缓存，则在绘制每个像素之前，将其深度和原像素中存储的深度进行比较，如果新像素更近，则用其颜色和深度代替原来的值，否则说明新像素被原像素遮住了，直接丢弃其颜色和深度信息就行了。

18 ）个人认为光照模型是真实感图形的核心。

OpenGL 光照模型将光照分为 4 个部分：环境光，散射光，镜面反射光和发射光，它们分别被计算，然后叠加起来。

除了光线的 RGB 值外，还要考虑材质对光线的反射比例。材质也有环境色，散射色和镜面反射色，这决定了材质对环境光，散射光和镜面反射光的反射率。将材质对环境光反射率和每个光源的环境光分量相乘，将材质对散射光反射率和每个光源的散射光分量相乘，将材质对镜面反射光反射率和每个光源的镜面反射光分量相乘。材质对环境光和散射光的反射率决定了其颜色，这两种反射率基本是一样的。镜面反射点的颜色为光源中镜面反射光的颜色，例如将白光照到红色球上，球大部分是红色的，但镜面反射点是白色的。

公式： (LR*MR,LG*MG,LB*MB),L 表示光线， M 表示材质。

示例：使用不同的光照模型效果

void  init( 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  };
   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);
   glEnable(GL_LIGHTING);
   glEnable(GL_LIGHT0);
   glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
void  display( void )
{
   glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT  |  GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
   glutSolidSphere ( 1.0 ,  20 ,  16 );
   glFlush ();
}

void  init( 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 ambient[]  =  { 0.1 , 0.1 , 0.1 , 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);
   glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT,ambient);
   glEnable(GL_LIGHTING);
   glEnable(GL_LIGHT0);
   glEnable(GL_DEPTH_TEST);
}
void  display( void )
{
   glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT  |  GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
   glutSolidSphere ( 1.0 ,  20 ,  16 );
   glFlush ();
}

    19 ）法线决定了物体相对于光源的朝向，从而决定了多少光源的光会照射到顶点上。面发线的长度必须为 1 ，模型转换矩阵可能缩放面法线，因此可能要使用参数 GL_NOMALIZE 或 GL_RESCALE_NORMAL 来调用 glEnable() 。

      20 ）光源 GL_LIGHT0 与其他几个光源不同， GL_DIFFUSE,GL_SPECULAR 的默认值是（ 1.0 ， 1.0,1.0,1.0 ） , 而其他光源的默认值是（ 0.0,0.0,0.0,1.0 ）。

      21 ）光源的属性 GL_SPECULAR 影响镜面反射区域的颜色，一般物体的镜面反射区域的颜色为入射光线的颜色，要实现真实感，应该将它的值设置成与 GL_DIFFUSE 相同。

      22 ）光源有两种，定向的（如太阳）和定位的（如台灯），在设置 GL_POSITION 时，若 w 值为 0 ，则为定向光源，默认的光源位置就是 (0,0,1,0), 是一个指向 z 轴负方向的定向光源。若 w 不为 0 ，则是定位光源，指定的是光源的齐次坐标。

      23 ）定位光源需要对其发射的光进行衰减，可以设置各种衰减因子。环境光，散射光和镜面反射光的贡献都是衰减的，只有发射光和全局环境光不会衰减。

      24 ）通过将发射光限定在指定的圆锥体内可以让定位光源成为聚光灯，这只需要指定椎体的角度和光源的位置就可以了，例如：

glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_CUTOFF,45.0);

GLfloat direction[]={-1.0,-1.0,0.0};

glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_DIRECTION, direction);

光源的默认方向是 (0.0,0.0,-1.0), 即指向 z 轴负方向。还可以设置参数 GL_SPOT_EXPONENT 来控制光线的聚集程度，默认值为 0 ，轴线处光强最大，从轴线向母线移动时不断衰减，因此，聚光指数越大，光源的聚集程度越高。

      25 ）对光源进行平移或旋转，使之相对于静止的物体移动，这可以在指定模型变换后设置光源位置，然后通过修改模型变换来改变光源的位置。

void  display( void )
{
   GLfloat position[]  =  {  0.0 ,  0.0 ,  1.0 ,  1.0  };
   GLfloat ambient[]  =  { 1.0 , 0.0 , 0.0 , 1.0 };
   glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT  |  GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
   glPushMatrix ();
   gluLookAt ( 0.0 ,  0.0 ,  5.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  0.0 ,  1.0 ,  0.0 );
   glPushMatrix ();
   glRotated ((GLdouble) spin,  1.0 ,  0.0 ,  0.0 );
   glLightfv (GL_LIGHT0, GL_POSITION, position);
   glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT,ambient);
   glTranslated ( 0.0 ,  0.0 ,  1.5 );
   glDisable (GL_LIGHTING);
   glColor3f ( 0.0 ,  1.0 ,  0.0 );
   glutWireCube ( 0.1 );
   glEnable (GL_LIGHTING);
   glPopMatrix ();
   glutSolidTorus ( 0.275 ,  0.85 ,  8 ,  15 );
   glPopMatrix ();
   glFlush ();
}