OpenGL ES——打光

前言

在物理世界中，光是视觉的根基。在计算机的世界中，亦是如此。我们看到一个物体，除了它的形态外，还能感知到它的色彩。这个色彩就是由物体的颜色、材质和外部的光照共同决定的。

基础概念

光照vs材质vs颜色

想象一下，任意一个物体，比如一个乒乓球。他们材质相同，在同样的太阳光下，黄色和白色的乒乓球，我们一定能够分辨出，这就是颜色的差别。同样的乒乓球，在阳光和酒吧中彩灯下，样貌也必定大不相同，这是光照的差别。此外，同样的白色的球，乒乓球和棒球也完全不同，这是材质的差别。

specular VS diffuse VS ambient

那么，我们在定义一种材质时，该如何定义它的光学特性呢？

OpenGL ES为我们提供的思路是：将材料对光的反应分为三部分。

specular

光线直接照射到物体反射到观察者眼中，这束光被称作镜面反射光。我们称之为specular。通常我们像这样定义它：

float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,};

以上是镜面光和镜面反射的颜色。

diffuse

除了镜面反射外，我们对物体的大部分视觉认知，来源于漫反射。材料对于光进行漫反射后的颜色，我们称之为diffuse。通常我们像这样定义：

float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};
float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,};

以上是漫反射光和材质漫反射的颜色。

ambient

除了两种反射外，我们还有一部分完全照不到光的地方，它只受环境光的影响。这块地方的颜色，我们称之为ambient。通常我们像这样定义：

float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f};
float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f,};

以上是环境光和环境光反射的颜色。

位置

光从不同角度打向物体，会产生不同的打光效果。因此，我们也会有控制光源位置的需求。

我们通常这样控制打光的位置：

float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f};
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, STLUtils.floatToBuffer(lightPosition));

如何使用

我们在上一节的代码的基础上，进行修改。上一节中，我们从STL文件中导入了3D模型，但因为没有光源，我们看到的都是纯色。

今天在上面的例子中，onSurfaceCreated周期内，加入启动光源和设置材质的方法即可：

    @Override
    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
        gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 启用深度缓存
        gl.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f);// 设置深度缓存值
        gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 设置深度缓存比较函数
        gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 设置阴影模式GL_SMOOTH

        //开启光
        openLight(gl);
        enableMaterial(gl);
        float r = model.getR();

        //r是半径，不是直径，因此用0.5/r可以算出放缩比例
        mScalef = 0.5f / r;
        mCenterPoint = model.getCentrePoint();
    }

    float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f};
    float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};
    float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
    float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f};

    private void openLight(GL10 gl) {

        gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
        gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, STLUtils.floatToBuffer(ambient));
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, STLUtils.floatToBuffer(diffuse));
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, STLUtils.floatToBuffer(specular));
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, STLUtils.floatToBuffer(lightPosition));


    }

    float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f,};
    float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,};
    float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,};

    public void enableMaterial(GL10 gl) {

        //材料对环境光的反射情况
        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, STLUtils.floatToBuffer(materialAmb));
        //散射光的反射情况
        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, STLUtils.floatToBuffer(materialDiff));
        //镜面光的反射情况
        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, STLUtils.floatToBuffer(materialSpec));

    }

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以上就是OpenGL ES中关于光照的基本操作。

如有问题，欢迎指正。