1、光線跟蹤算法第1頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問題一、影響光照效果的因素？問題二、OPENGL光線跟蹤函數(shù)的函數(shù)？問題三、光線跟蹤實(shí)現(xiàn)的基本步驟？第2頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一一、OPENGL中影響光照效果的因素？1、光源光的種類：環(huán)境光：light_ambient 散射光：light_diffuse 鏡面光：light_specular光源的分類：方向性光源：無限遠(yuǎn)，所有光線是平行的位置性光源：位置決定場景中的效果區(qū)別：GLfloat light_position 中的第四個(gè)參數(shù)第3頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星

2、期一2、材料屬性材料的環(huán)境顏色：GL_AMBIENT材料的散射顏色：GL_DIFFUSE材料的鏡面顏色：GL_SPECULAR 材料的鏡面指數(shù)：GL_SHININESS材料的發(fā)射顏色：GL_EMISSION第4頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一問題二、OPENGL光線跟蹤函數(shù)的函數(shù)？光源：void glLightif(GLenum light, GLenum pname, TYPEparam);void glLightifv(GLenum light, GLenum pname, TYPE *param);Light：指定光源 pname：光源屬性 param：屬性值材料屬

3、性：void glMaterialif(GLenum face, GLenum pname, TYPEparam);void glMaterialifv(GLenum face, GLenum pname, TYPE *param);Face：那個(gè)面受光照 pname：光源屬性 param：屬性值第5頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一問題三、光線跟蹤實(shí)現(xiàn)的基本步驟？一、創(chuàng)建光源二、選擇光照模型三、定義材料屬性有了這些知識，我們就可以進(jìn)行第一個(gè)簡單的多光源實(shí)驗(yàn)。第6頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一靜止多光源實(shí)現(xiàn)自己的工作：按照光線跟蹤實(shí)現(xiàn)的步驟進(jìn)行。設(shè)置

4、光源參數(shù)，衰減因子，聚光燈參數(shù)，材料屬性參數(shù)，調(diào)用glLightfv，glMaterialfv， glEnable等函數(shù)進(jìn)行設(shè)置。已有的：實(shí)現(xiàn)靜態(tài)光源顯示void reshape (int w, int h)void display(void)第7頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一創(chuàng)建光源1、設(shè)置光源參數(shù)方向性光源，環(huán)境光顏色為藍(lán)色GLfloat light_ambient = 0.0, 0.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat light_diffuse = 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat light_specular = 1.0, 1.0,

5、1.0, 1.0 ;GLfloat light_position = 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 ;位置性光源，環(huán)境光和散射光顏色為紅色GLfloat light1_ambient = 1.0, 0.0, 0.0, 1.0 ;GLfloat light1_diffuse = 1.0, 0.0, 0.0, 1.0 ;GLfloat light1_specular = 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat light1_position = 0.0, 2.0, 2.0, 1.0 ;第8頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一2、衰減因子定義衰減因子目的：增

6、強(qiáng)真實(shí)效果glLightf(GL_LIGHT0, GL_CONSTANT_ATTENUATION, 2.0);glLightf(GL_LIGHT0, GL_LINEAR_ATTENUATION, 1.0);glLightf(GL_LIGHT0, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, 0.5);glLightf(GL_LIGHT1, GL_CONSTANT_ATTENUATION, 1.5);glLightf(GL_LIGHT1, GL_LINEAR_ATTENUATION, 0.5);glLightf(GL_LIGHT1, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, 0.

7、2);三個(gè)參數(shù)的默認(rèn)值為1，0，0第9頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一3，聚光燈參數(shù)光源LIGHT1GLfloat spot_direction = 1.0, -1.0, -1.0 ;glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPOT_DIRECTION, spot_direction);glLightf(GL_LIGHT1, GL_SPOT_CUTOFF, 45.0);/默認(rèn)值180glLightf(GL_LIGHT1, GL_SPOT_EXPONENT, 5.0);/用于控制光的集中度，越高強(qiáng)度越集中第10頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一4

8、，glLightfv的調(diào)用 glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular); glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_AMBIENT, light1_ambient); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, lig

9、ht1_diffuse); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, light1_specular); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, light1_position); 第11頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一5，glEnable的調(diào)用作用：啟用光源 glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glEnable(GL_LIGHT1);第12頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一6，光源保持靜止void reshape (int w, int h) g

10、lViewport (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_

11、MODELVIEW); glLoadIdentity();首先確定視口和投影矩陣，接著在模型視圖矩陣中加載單位矩陣，然后再設(shè)置光源。由于使用單位陣，乘模型視圖矩陣之后原來制定的光源位置并沒有發(fā)生變化。第13頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一選擇光照模型靜態(tài)多光源實(shí)現(xiàn)過程中使用默認(rèn)設(shè)置：即觀察者位于無窮遠(yuǎn)且只有一面接受光照 glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);glLightModeli(GL_LIGHT_MO

12、DEL_LOCAL_VIEWER, GL_FALSE);第14頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一定義材料屬性材料屬性值設(shè)置GLfloat mat_specular = 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat mat_shininess = 50.0 ;glMaterialfv的調(diào)用glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, mat_shininess);第15頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一display()

13、函數(shù)void display(void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);/清空緩沖區(qū) glutSolidSphere (1.0, 20, 16);/畫圓,半徑為1.0 glFlush ();/保證繪圖命令被實(shí)際執(zhí)行第16頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一效果展示屏蔽位置性光源只有方向性光源第17頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一屏蔽方向性光源只有位置性光源第18頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一靜止多光源第19頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期

14、一材料屬性對光照效果的影響遇到的問題：如何將不同的材料屬性賦予不同的球體？第20頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一如何將不同的材料屬性賦予不同的球體？猜測可以通過調(diào)用glTranslatef()來實(shí)現(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)： glPushMatrix(); glTranslatef (); glMaterialfv(); glutSolidSphere(); glPopMatrix();第21頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一創(chuàng)建光源/環(huán)境光，散射光和鏡面光參數(shù)GLfloat light_ambient = 0.0, 0.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat li

15、ght_diffuse = 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat light_specular = 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat light_position = 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 ; /glLightfv的調(diào)用glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);glLightfv(GL_LIG

16、HT0, GL_POSITION, light_position);/glEnable的調(diào)用glEnable(GL_DEPTH_TEST);glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_LIGHT0);第22頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一 材料屬性值設(shè)置 GLfloat no_mat = 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 ; GLfloat mat_ambient = 0.7, 0.7, 0.7, 1.0 ; GLfloat mat_diffuse = 0.1, 0.5, 0.8, 1.0 ; GLfloat mat_specular = 1.

17、0, 1.0, 1.0, 1.0 ; GLfloat no_shininess = 0.0 ; GLfloat low_shininess = 5.0 ; GLfloat high_shininess = 100.0 ; GLfloat mat_emission = 0.3, 0.2, 0.2, 0.0;第23頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一glMaterialfv的調(diào)用 第一個(gè)球：只有散射顏色和發(fā)射顏色 glPushMatrix(); glTranslatef (-1.0, -0.5, -2.0); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT,

18、no_mat); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, no_mat); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, no_shininess); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, mat_emission); glutSolidSphere(1.0, 16, 16);/繪制小球 glPopMatrix();第24頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一第二個(gè)球：只有散射顏色和鏡面顏

19、色，且鏡面指數(shù)低 glPushMatrix(); glTranslatef (0.0, -0.5, -3.0); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, no_mat); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, low_shininess); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, no_mat); g

20、lutSolidSphere(1.0, 16, 16); glPopMatrix();第25頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一第三個(gè)球：只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)為高 glPushMatrix(); glTranslatef (1.0, -0.5, -4.0); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, no_mat); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular); glMaterial

21、fv(GL_FRONT, GL_SHININESS, high_shininess); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, no_mat); glutSolidSphere(1.0, 16, 16); glPopMatrix();第26頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一靜態(tài)光源控制void reshape (int w, int h) glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); glMatrixMode (GL_PROJECTION); glLoadIdentity(); if (w = h)

22、 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();第27頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一效果展示第一個(gè)小球只有散射顏色和發(fā)射顏色第二個(gè)小球只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)低

23、 第三個(gè)小球只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)為高第28頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一動(dòng)態(tài)光源實(shí)現(xiàn)采用什么方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光源？通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)產(chǎn)生鼠標(biāo)事件，進(jìn)而移動(dòng)光源第29頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一鼠標(biāo)事件函數(shù)，目的通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)控制旋轉(zhuǎn)void mouse(int button, int state, int x, int y) switch (button) case GLUT_LEFT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) spin = (spin + 30) % 360; /全局變量spin的控制 glutPostR

24、edisplay(); break; default: break; 第30頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一 void display3(void) /模型和視圖變換 GLfloat position = 0.0, 0.0, 1.5, 1.0 ; glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); glPushMatrix (); glTranslatef (0.0, 0.0, -5.0); glPushMatrix (); glRotated (GLdouble) spin, 1.0, 0.0, 0.0); /全局變

25、量spin初值為0，通過鼠標(biāo)事件改變它的值，進(jìn)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn) glLightfv (GL_LIGHT0, GL_POSITION, position); glTranslated (0.0, 0.0, 1.5); glDisable (GL_LIGHTING); glColor3f (0.0, 1.0, 1.0); glutWireCube (0.1); /繪制立方體函數(shù)，目的是為了更好的顯示效果 glEnable (GL_LIGHTING); glPopMatrix (); glutSolidSphere (1.0, 20, 16);/繪制圓 glPopMatrix (); glFlush ()

26、;第31頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一void reshape3 (int w, int h)/投影和視口變換 glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h); /作用調(diào)整繪圖像素矩陣，使它占據(jù)整個(gè)窗口 glMatrixMode (GL_PROJECTION); /表示吧當(dāng)前矩陣指定用于投影變換，后續(xù)的變換調(diào)用影響的是投影矩陣 glLoadIdentity();/對當(dāng)前矩陣進(jìn)行初始化 gluPerspective(40.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0); /*void gluPerspe

27、ctive(GLdouble fovy, GLdouble aspect,GLdouble near, GLdouble far); 創(chuàng)建一個(gè)表示對稱透視視圖憑借頭體的矩陣，并把它與當(dāng)前矩陣相乘 fovy yz平面上視野的角度，它的值必須在0.0,180.0. aspect是這個(gè)平截頭體的縱橫比，即寬度除高度 near and far 觀察點(diǎn)與近側(cè)剪裁平面及遠(yuǎn)側(cè)裁剪平面的距離，值為正數(shù)*/ glMatrixMode(GL_MODELVIEW); /以后變換影響的是模型視圖矩陣 glLoadIdentity();/對當(dāng)前矩陣進(jìn)行初始化第32頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一效果展示光源在上面時(shí)第33頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一光源在下側(cè)時(shí)第34頁，共38頁，2022年，5月20日，5點(diǎn)4分，星期一main()的實(shí)現(xiàn)int main(int argc, char* argv) /初始化 glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPT