14575

Использование источников света в OpenGL и свойств материала

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Лабораторная работа №6 Использование источников света в OpenGL и свойств материала. 1.Описание источников света в OpenGL. В системе OpenGl поддерживаются источники света четырех типов: фонового освещения ambient lighting точечные источники point sources прожекторы spotlights удален

Русский

2013-06-08

70 KB

15 чел.

Лабораторная работа №6

Использование источников света в OpenGL и свойств материала.

1.Описание источников света в OpenGL.

В системе OpenGl поддерживаются источники света четырех типов: фонового освещения (ambient lighting), точечные источники (point sources), прожекторы (spotlights), удаленные источники света (distant light).  В одной программе может использоваться до восьми источников света. Каждый источник света имеет свой набор параметров, в том числе программный код включения/выключения. Параметры, описывающие источник света, соответствуют параметрам модели Фонга. Для установки векторных параметров используется функция glLightfv(), которая имеет следующий формат обращения:

glLightfv(source, parameter,  pointer_to_array);

 Существует четыре векторных параметра, которые определяют положение и направление лучей источника и цветовой состав его составляющих.- фоновой, диффузионной и зеркальной.

Для установки скалярных параметров в OpenGL служит функция glLightf():

glLightf(source, parameter, value);

 Пусть, например, требуется включить в сцену источник GL_LIGHT0, который должен находиться в точке (1.0, 2.0, 3.0). положение источника сохраняется в программе в виде точки в однородных координатах:

 GLfloat light0_pos[]={1.0, 2.0, 3.0, 1.0};

 Если четвертый компонент этой точки равен нулю, то точечный источник превращается в удаленный,  для которого существенно только направление лучей:

 GLfloat light0_dir[]={1.0, 2.0, 3.0, 0.0};

 Далее определяется цветовой состав фоновой, диффузионной и зеркальной составляющих источника. Если в рассматриваемом примере источник имеет белую зеркальную составляющую, а фоновая и диффузионная составляющие должны быть красными, то фрагмент программы, формирующий источник, выглядит следующим образом:

 GLfloat diffise0[]= {1.0, 0.0, 0.0, 1.0};

GLfloat ambient0[]={1.0, 0.0, 0.0, 1.0};

GLfloat specular0[]={1.0, 1.0, 1.0, 1.0};

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_LIGHT0);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light0_pos);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambient0);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse0);

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, specular0);

 Функция glEnable() вызывается дважды: сначала для включения режима анализа освещения, а затем для включения в сцену конкретного источника.

В сцену можно включить и глобальное фоновое освещение,. которое не связано ни с каким отдельным источником освещения. Если, например, требуется слабо подсветить все объекты сцены белым цветом, в программу следует включит такой фрагмент кода:

 GLfloat global_ambient[]={0.1, 0.1, 0.1, 1.0};

glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, global_ambient);

 

 В модели освещения член, учитывающий расстояние до источника имеет вид:

f(d)= 1/(a+ b*d+ c*d^2)

и постоянную, линейную и квадратичную составляющие. Соответствующие коэффициенты для каждого источника задаются индивидуально с помощью функции установки скалярных параметров, например:

 glLightf(GL_LIGHT0, GL_CONSTANT_ATTENATION, a);

 Для преобразование точечного источника в прожектор нужно задать направление луча прожектора (GL_SPOT_DIRECTION), показатель функции распределения интенсивности (GL_SPOT_EXPONENT) и угол рассеяния луча (GL_SPOT_CUTTOF). Эти параметры устанавливаются с помощью функций glLightf() и glLightfv().

 Параметры, устанавливаемые для источников света по умолчанию приведены в таблице 1-1.

Table 1-1 : Default Values for parameter Parameter of glLight*()

Parameter Name

Default Value

Meaning

GL_AMBIENT

(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)

ambient RGBA intensity of light

GL_DIFFUSE

(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)

diffuse RGBA intensity of light

GL_SPECULAR

(1.0, 1.0, 1.0, 1.0)

specular RGBA intensity of light

GL_POSITION

(0.0, 0.0, 1.0, 0.0)

(x, y, z, w) position of light

GL_SPOT_DIRECTION

(0.0, 0.0, -1.0)

(x, y, z) direction of spotlight

GL_SPOT_EXPONENT

0.0

spotlight exponent

GL_SPOT_CUTOFF

180.0

spotlight cutoff angle

GL_CONSTANT_ATTENUATION

1.0

constant attenuation factor

GL_LINEAR_ATTENUATION

0.0

linear attenuation factor

GL_QUADRATIC_ATTENUATION

0.0

quadratic attenuation factor

2. Спецификация материалов в OpenGL.

В OpenGL свойства материалов соответствуют поддерживаемым параметрам источников света и модели отражения Фонга. Программист имеет возможность связывать разные материалы с внутренней и внешней сторонами одной и той же поверхности. Все параметры, обрабатываемые в модели отражения, задаются вызовом двух функций:

 glMaterialfv(face, type, pointer_to_array);

glMaterilf(face, type, value);

 Для определения коэффициентов отражения для фоновой, диффузионной и зеркальной составляющих (ka, kd, ks) по каждому из первичных цветов в программу нужно включить определение трех массивов:

 GLfloat ambient[]= {0.2, 0.2, 0.2, 1.0};

GLfloat diffise[]= {1.0, 0.8, 0.0, 1.0};

GLfloat specular[]= {1.0, 1.0, 1.0, 1.0};

 Первый задает небольшое значение коэффициента отражения фоновой составляющей, причем коэффициент одинаков для всех первичных цветов, что эквивалентно отражению белого цвета. Для диффузной составляющей набор коэффициентов по отдельным цветам задает в результате отражение желтого цвета, а для зеркальной составляющей коэффициенты отражения по всем первичным цветам опять одинаковы. Если внешние и внутренние стороны поверхностей имеют одинаковые параметры материала, то при вызове функции glMaterialfv() ей в качестве параметра передается константа GL_FRONT_AND_BACK:

glMaterialfv(G_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT, ambient);

glMaterialfv(G_FRONT_AND_BACK, GL_DIFFUSE, diffuse);

glMaterialfv(G_FRONT_AND_BACK, GL_SPECULAR, specular);

 Если параметры для зеркальной и диффузионной составляющих  одинаковы, то можно задавать их одним вызовом функции glMaterialfv(), передав ей в качестве параметра type константу GL_DIFFUSE_AND_SPECULAR. При индивидуальном определении параметров материалов для внутренней и внешней стороны в качестве аргумента face используются соответственно константы GL_FRONT и GL_BACK.

Коэффициент резкости бликов- показатель степени зеркального отражения в модели Фонга- задается вызовом функции glMaterialfv(), которой в качестве параметра  type передается константа GL_SHININESS:

glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_SHININESS, 100);

Свойства материала являются параметрами режима- их текущие значения ассоциируются со всеми объектами, задаваемыми в программе, до тех пор, пока не будут изменены с помощью функций glMaterilfv() или glMaterialf().

В системе OpenGL можно включить в сцену излучающую поверхность, которая сама по себе является источником света. Со всей такой поверхностью ассоциируется постоянный свет,. который задается так же, как и другие свойства материала. Например, для придания такой поверхности сине-зеленого (бирюзового) цвета нужно включить в программу следующий фрагмент:

GLfloat emission[]={0.0, 0.3, 0.3, 1.0};

glMaterialfv(GL_FRONT_AND_BACK, GL_EMISSION, emission);

 Параметры, устанавливаемые для свойств материалов по умолчанию приведены в таблице 1-2.

Table 1-2 : Default Values for type Parameter of glMaterial*()

Parameter Name

Default Value

Meaning

GL_AMBIENT

(0.2, 0.2, 0.2, 1.0)

ambient color of material

GL_DIFFUSE

(0.8, 0.8, 0.8, 1.0)

diffuse color of material

GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE

ambient and diffuse color of material

GL_SPECULAR

(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)

specular color of material

GL_SHININESS

0.0

specular exponent

GL_EMISSION

(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)

emissive color of material

GL_COLOR_INDEXES

(0,1,1)

ambient, diffuse, and specular color indices

3.Пример программы, использующей источник света и свойства материала.

#include <GL/glut.h>

#include <stdlib.h>

/*  Initialize material property, light source, lighting model,

*  and depth buffer.

*/

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);

  glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

}

void display(void)

{

  glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

  glColor3f(1.0,0.0,0.0);

  glutSolidSphere (1.0, 20, 16);

  glFlush ();

}

void reshape (int w, int h)

{

  glViewport (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_MODELVIEW);

  glLoadIdentity();

}

void keyboard(unsigned char key, int x, int y)

{

  switch (key) {

     case 27:

        exit(0);

        break;

  }

}

int main(int argc, char** argv)

{

  glutInit(&argc, argv);

  glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);

  glutInitWindowSize (500, 500);

  glutInitWindowPosition (100, 100);

  glutCreateWindow (argv[0]);

  init ();

  glutDisplayFunc(display);

  glutReshapeFunc(reshape);

  glutKeyboardFunc(keyboard);

  glutMainLoop();

  return 0;

}

4. Задание на лабораторную работу.

  1.  Отладить программу, приведенную в п.3.
  2.  Отключить все источники света, кроме глобального фонового освещения.
  3.  Добавить точечный источник света.
  4.  Превратить точечный источник света в прожектор.
  5.  Изменить свойства материала в соответствии с вариантом, заданным преподавателем Параметры источника освещения задаются следующим фрагментом программы:

void init(void)

{

  GLfloat ambient[] = { 0.0, 0.0, 0.0, 1.0 };

  GLfloat diffuse[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };

  GLfloat specular[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };

  GLfloat position[] = { 0.0, 3.0, 2.0, 0.0 };

  GLfloat lmodel_ambient[] = { 0.4, 0.4, 0.4, 1.0 };

  GLfloat local_view[] = { 0.0 };

  glClearColor(0.0, 0.1, 0.1, 0.0);

  glEnable(GL_DEPTH_TEST);

  glShadeModel(GL_SMOOTH);

  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, ambient);

  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, diffuse);

  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, position);

  glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT, lmodel_ambient);

  glLightModelfv(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER, local_view);

  glEnable(GL_LIGHTING);

  glEnable(GL_LIGHT0);

}

Варианты, задающие свойства материала:

 

Вари-ант

Диффузионная

cоставляющая

(GL_DIFFUSE)

Зеркальная составляющая

(GL_SPECULAR)

Фоновая составляющая

(GL_AMBIENT)

Коэффициент

резкости бликов

(GL_SHININESS)

Эмиссионные

свойства

(GL_EMISSION)

1

0.7, 0.7, 0.7, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

2

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

1.0, 1.0, 1.0, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

100.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

3

0.1, 0.5, 0.8, 1.

1.0, 1.0, 1.0, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

5.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

4

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.0

0.3, 0.2, 0.2, 0.0

5

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.7, 0.7, 0.7, 1.0

0.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

6

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

1.0, 1.0, 1.0, 1.0

0.7, 0.7, 0.7, 1.0

5.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

7

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

1.0, 1.0, 1.0, 1.0

0.7, 0.7, 0.7, 1.0

100.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

8

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.7, 0.7, 0.7, 1.0

0.0

0.3, 0.2, 0.2, 0.0

9

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0

0.8, 0.8, 0.2, 1.0

0.0

0.3, 0.2, 0.2, 0.0

10

0.1, 0.5, 0.8, 1.0

1.0, 1.0, 1.0, 1.0

0.8, 0.8, 0.2, 1.0

5.0

0.0, 0.0, 0.0, 1.0


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42152. ИЗУЧЕНИЕ РЕЛАКСАЦИОННОГО ГЕНЕРАТОРА 107.5 KB
  Если напряжение на электродах лампы U меньше напряжения зажигания потенциал зажигания U3 т. В этом случае сопротивление лампы RЛ бесконечно велико. Идеализированная вольтамперная характеристика неоновой лампы имеет вид представленный на рис. Связь между током лампы и напряжением как это видно из графика может быть линейной и записана в виде: ...
42153. МНОЖЕСТВЕННАЯ ЛИНЕЙНАЯ РЕГРЕССИЯ 360.5 KB
  Линейная модель множественной регрессии выглядит следующим образом: Y = β0 β1x1 β2x2 βkxk ε где Y зависимая переменная результативный признак; x1xk независимые или объясняющие переменные; 0 1 k коэффициенты регрессии;  ошибка регрессии. Общая последовательность построения множественной линейной регрессионной модели следующая: Оценка параметров уравнения; Оценка качества регрессии; Проверка на мультиколлинеарность ее исключение; Проверка на гетероскедастичность коррекция на...
42154. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ ТАНГЕНС – ГАЛЬВАНОМЕТРА 102.5 KB
  Цель работы определение одного из элементов земного магнетизма горизонтальной составляющей Н0 магнитного поля Земли с помощью тангенс гальванометра. В точках Земли лежащих на магнитных полюсах напряженность магнитного поля Земли имеет вертикальное направление. В любой другой точке Земли напряженность ее магнитного поля можно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие: Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитометра или магнитной стрелки.
42155. СНЯТИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА 82 KB
  Величины Н и В можно определить зная величину напряжений вызывающих отклонение электронного луча на одно деление по осям Х и Y при данном усилении: где координаты петли гистерезиса в единицах координатной сетки kx ky коэффициенты пропорциональности определяемые для каждого осциллографа. Величина этой энергии приходящейся на единицу объема образца w определяется в координатах в виде w = BdH и равняется...
42156. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧКИ КЮРИ ФЕРРОМАГНЕТИКА 60.5 KB
  Менделеева обладают железо никель кобальт некоторые редкоземельные металлы а также их сплавы причем эти вещества проявляют ферромагнитные свойства лишь при температурах ниже некоторой определенной для каждого элемента или сплава температуры называемой точкой Кюри. Температура Кюри равна например 7700С для железа 3580С для никеля 11300С для кобальта 160С для гадолиния 1680С для диспрозия. При более высокой температуре и в самой точке Кюри вследствие теплового движения атомов в ферромагнетиках разрушается магнитный порядок и они...
42157. ИЗУЧЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ СОЛЕНОИДА 90 KB
  Магнитное поле соленоида представляет собой результат сложения полей создаваемых круговыми токами расположенными вплотную и имеющими общую ось. Сечение соленоида схематически показано на рис. Распределение магнитной индукции по длине соленоида вдоль его оси описывается выражением 1: Рис.
42158. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА С ПОМОЩЬЮ МАГНЕТРОНА 119 KB
  Пусть частица с зарядом q движется в электрическом поле напряженности . Сила действующая на частицу в поле равна . Нетрудно видеть что ускорение заряженной частицы в электрическом поле зависит от ее удельного заряда .
42159. ИЗУЧЕНИЕ СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДВУХ КРУГОВЫХ КОНТУРОВ С ТОКОМ 105 KB
  Механическое взаимодействие контуров с током под действием силы Ампера можно представить следующим образом: один контур создает магнитное поле которое воздействует на проводники с током второго контура и наоборот. Таким образом задача анализа взаимодействия контуров расчленяется на две: первая расчет магнитного поля создаваемого первым контуром в месте расположения витков второго и вторая определение силы действующей на второй контур. 3 показаны силы действующие на два произвольных симметрично...
42160. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ДИА- И ПАРАМАГНЕТИКОВ 84 KB
  4 Тогда вектор результирующей магнитной индукции будет определяться с учетом 3 и 4: 5 где 0 = 4 107 Гн м магнитная постоянная  = 1  относительная магнитная проницаемость вещества показывающая во сколько раз изменяется магнитное поле в веществе по сравнению с магнитным полем в вакууме: ....