4.2.3兩個問題

問題（1）如何讓光源運動？

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,vLitPosition)

直接變化vLitPosition中的值；光源可以認為是一個幾何物體，將受到其前面的幾何變換的影響。

問題（2）光照下物體的顏色由什么來決定？

光的顏色：glLightfv()…

物體的材質：glMaterialfv()…

glColor*()沒用了嗎？

glColor*()確實沒用了，但可以通過如下方式發生作用：

glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

glColorMaterial(GL_FRONT_AND_BACK,GL_AMBIENT);

OpenGL中的光照明設置

1、OpenGL中的光照明模型

2、設置物體的法向

3、設置光照參數的語句

4、設置材質參數的語句

5、聚光燈參數

6、光照衰減參數

7、方向光源與位置光源

8、本地視點/無限遠視點

9、雙面光照

10、如何讓光源運動

11、光照下物體的顏色

4.3光照計算發生在圖形流水線的那個階段？

光照計算發生在那個階段？

?

在固定流水線中，光照計算默認發生在頂點處理階段。

為什么要這樣做呢？

——為了效率！

在頂點處理階段，計算出了三角形每個頂點的光照，那么三角形所覆蓋的每個像素的光照值如何得到？

——光柵化階段可得到

4.4.1常數明暗處理與Gouraud明暗處理

Shading（明暗處理、著色）

Shading->計算三角形內每個像素的顏色的過程

幾種常見處理方法

1、常數明暗處理

2、Gouraud明暗處理（Gouraud shading）

3、Phong明暗處理（Phong shading）

常數明暗處理

在默認的圖形流水線中，由于效率的原因，光照計算是為每個頂點進行的。

那么，面片內每個片元的顏色如何計算？

最簡單的方法（常數明暗處理）：面片內所有像素都取同樣的顏色

1、“常數明暗處理”：即對每個多邊形只計算一個光照強度值，然后用此值作為整個多邊形平面的明暗值賦給多邊形的每個像素，使多邊形的每個點都具有相同的明暗度。

2、如何消除顏色的跳變，實現光滑明暗處理？

消除顏色的跳變，實現光滑的明暗處理：

Gouraud明暗處理

Phong明暗處理

Gouraud明暗處理

采用“雙線性插值”的方式計算面片內像素的顏色，具體做法是：

Step1：計算出多邊形各頂點的法向

（對周圍面片法向進行平均可求得此頂點的法向）；----CPU

?

?

計算三角面片的法向：

Vector CaculateTriangleNormal(Point3d& p0, Point3d& p1, Point3d& p2)

{

??? Vector Normal;

??? float v1x = p1.X - p0.X;

??? float v1y = p1.Y - p0.Y;

??? float v1z = p1.Z - p0.Z;

??? float v2x = p2.X - p1.X;

??? float v2y = p2.Y - p1.Y;

??? float v2z = p2.Z - p1.Z;

??? Normal.X= v1y * v2z - v1z * v2y;

??? Normal.Y = v1z * v2x - v1x * v2z;

??? Normal.Z = v1x * v2y - v1y * v2x;

??? float len = (float)sqrt(Normal.X * Normal.X + Normal.Y * Normal.Y + Normal.Z * Normal.Z);

??? if (len == 0)

??? {

??????? //throw Exception();

??? }

??? else

??? {

??????? Normal.X /= len;

??????? Normal.Y /= len;

??????? Normal.Z /= len;

??? }

??? return Normal;

}

Step2：計算出多邊形各頂點處的光亮度值；----Vertex operation

Step3：然后再對多邊形頂點的光亮度值進行“雙線性插值”計算出多邊形內任一片元的光亮度。----Rasterization

雙線性插值

沿當前掃描線進行雙線性插值

先插值計算出a，b兩點的光亮度

再由a，b兩點的光亮度插值計算出P點的光亮度值

?

這種插值計算發生在什么時候？

?

在“光柵化”過程中，會對多邊形進行掃描轉換，此時正好就可在掃描轉換過程中對每個片元進行雙線性插值。

?

OpenGL中的Shading

Flat Shading 與Smooth Shading

?

4.4.2Phong明暗處理

Gouraud明暗處理

Gouraud明暗處理的問題

曲面分割過粗可能產生錯誤效果

高光的丟失

馬赫帶效應（即光亮度變化率不連續的邊界處呈現亮帶或黑帶）

?

Phong明暗處理

Phong明暗處理的思想：

不是插值光亮度顏色，而是插值法向量。故而也稱為“法向量插值明暗處理”

對多邊形頂點處法向量做雙線性插值，將插值計算得到的多邊形內各片元的法向量代入光亮度計算公式，得到各片元的光亮度。

Step1：計算出多邊形各頂點的法向；

Step2：對多邊形中的某個片元，雙線性插值計算其法向；

?

Step3：計算出多邊形內該片元的光亮度。

不同明暗處理效果比較：

?

?

Phong明暗處理的缺點是計算量大。以往圖形硬件中不常采用。

Phong明暗處理： 先插值得到法向量，再代入光照模型計算得到光亮度顏色。 ?

Gouraud明暗處理： 直接插值得到光亮度顏色 ?

Phong shading計算發生在哪里？

?

Step1：計算出多邊形各頂點的法向；----CPU

Step2：對多邊形中的某個片元，雙線性插值計算其法向；---- Rasterization

Step3：計算出多邊形內該片元的光亮度。----Fragment operation

三種明暗處理方法

常數明暗處理

Gouraud明暗處理

Phong明暗處理

1、三種方法效果越來越好

2、但計算量也越來越大

3前兩者是頂點級別的光照計算；而Phong Shading則是像素級別的光照計算。

凹凸紋理映射

?

OpenGL中的相關函數

glShadeModel(GLenum mode)

GL_FLAT即常數明暗處理

GL_SMOOTH即采用Gouraud明暗處理

?

4.5圖形流水線三個階段的進一步理解

頂點處理---光柵化---片元處理

?

頂點處理---光柵化---片元處理三個階段的進一步理解

Vertex operations的處理對象是頂點；而Fragment operations的處理對象是片元。

數據的流轉：

頂點數據---光柵化---片元數據

光柵化作了什么

1、以三角面片為處理單位，輸入是三個頂點的數據，輸出是三角形所覆蓋的所有像素的數據。

2、對頂點數據（顏色、法向量、三維坐標、紋理坐標……）進行計算得到每個片元的數據

3、計算方式：雙線性插值、常數明暗處理……

光柵化模塊沒有直接的接口函數

glShaderMode(GL_FLAT/GL_SMOOTH);

glPolygonMode(GLenum face,GLenum mode);

但我們要明白它作了什么

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机图形学笔记（六）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。