OpenGL实现3D游戏编程【连载3】——3D空间模型光照初步

1、本节实现的内容

上一节课，我们建立了简单的坐标系，同时也显示了一个正方体，但正方体的颜色为纯红色，好像一个平面物体一样，我们这节课就可以加一些光照，并创建更多的模型，使这些物体变得更加立体一些。更多详见https://blog.csdn.net/zhooyu主页内容。

2、光照的认识

在OpenGL中光的种类大致可以分为平行光源、点光源和聚光灯光源三种。

2.1、平行光

从他们的名字也很好理解，平行光是从远方照射过来的光，有点类似咱们现实生活中，太阳从远处照过来的光，可以简单的理解为太阳光的每一条光线都是平行照射过来的。平行光最主要的特点，就是在一个场景中多个物体，平行光折射他们的角度基本保持一致，光照面的方向也就一致。

2.2、点光源

点光源，有点类似于现实生活中的蜡烛🕯，它照射出来的是散射的光，在一个场景中的多个物体，我的位置不同，照射的光面角度也不同，而且会根据与蜡烛的远近距离不同，光线照射的明暗程度也不一样。类似的还有山洞中的火把的效果，人物在黑夜里出行的时候，随着伙伴位置的不停改变，正为物体的光照面也会不停的发生改变，同时火把只能照射到人物周围的物体，离人物距离越近光照效果就越强，离人物距离越远光照强度就越差。

2.3、聚光灯

聚光灯有点类似于我们现实生活中的手电筒，手电筒照出去的是一个范围光，光照出去只能照到一个大致圆环范围内的物体，而且手电筒的光是有方向的，人们可以不断改变手电筒光照射的方向。同时我们手电筒可以调整光圈的大小，像我们旋转手电筒头，可以让光圈放大或者缩小。

3、简单平行光的设置

首先我们可以先加一个平行光，当然，这个光可以有不同的颜色，我们这里暂时模拟太阳光，让它产生一个简单白色光。这里要注意一点，GL_POSITION属性的值(x,y,z,w)，w为零表示无限远，x/w，y/w，z/w分别表示光源位置。同时，我们这里使用的是GL_LIGHT0号光源，系统默认定义了GL_LIGHT0至GL_LIGHT7号光源供用户使用。

//设置并打开自定义光源void	OpenLightExample()
{//GL_POSITION属性的值(x,y,z,w),w为零表示无限远，x/w，y/w，z/w表示光源位置GLfloat user_light_position[]={1.0f,1.0f,-1.0f,0.0f};//GL_AMBIENT光源发出的光，经过非常多次反射，遗留在整个光照环境中的强度(RGBA)GLfloat user_light_ambient[]={0.2f,0.2f,0.2f,1.0f};//GL_DIFFUSE光源发出的光，照射到粗糙表面时，经过漫反射所得到的光强度(RGBA)GLfloat user_light_diffuse[]={1.0f,1.0f,1.0f,1.0f};//GL_DIFFUSE光源发出的光，照射到光滑表面时，经过镜面反射所得到的光强度(RGBA)GLfloat user_light_specular[]={1.0f,1.0f,1.0f,1.0f};//加载设置glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,user_light_position);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,user_light_ambient);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,user_light_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,user_light_specular);//开启光源和光照处理功能glEnable(GL_LIGHT0);glEnable(GL_LIGHTING);}

//关闭光源和光照处理功能void	CloseLightExample()
{glDisable(GL_LIGHT0);glDisable(GL_LIGHTING);}

4、添加平行光

在定义了以上光线操作函数后，我们就可以在任何需要添加光照的地方添加以下代码，由于Opengl是状态机，因此，光照打开后会一直生效，直到关闭相应的光源为止。

//打开自定义平行光OpenLightExample();//在此显示的物体将会收到光照影响......//关闭自定义平行光源CloseLightExample();

当我们添加我们太阳光后，发现我们的立方体并没有产生背光照的效果，我们的立体模型都变成了灰白色，这主要是我们没有设定物体的材质。就好比我们告诉计算机现在有了光线，但是没有告诉计算机你现在显示的立方体对光照的效果怎样，就是说你的立方体是一个金属反光材质，还是一个毛绒玩具的不反光材质？如果反光材质，它的反光程度有多少，是闪眼睛的那种反光，还是只有轻微反光的效果。

5、材质问题简单的解决办法

我们这里鉴于让大家能很容易的上手，就先暂时不研究具体的材质问题（嗯，复杂的材质设置会给我们带来更多的光照效果，功能非常强大，我们后期再根据需要进行阐述），我们这里就力求用最简单的语言，最容易理解的方式，去了解整个游戏程序设计的思路，需要更多还可以了解我的主页https://blog.csdn.net/zhooyu。

			//默认打开颜色材质glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);//添加显示3D场景物体，如立方体等......//默认打开颜色材质glDisable(GL_COLOR_MATERIAL);

至此，我们的立方体显示出了应该有的光照效果，立方体各个平面之间产生了比较分明的棱线，圆也出现了渐变的关照效果，特别是正二十面体的不同面效果更漂亮。当然，我们这里并没有介绍法线的概念，光照和法线离不开，但是系统自带的以上模型已经自带法线设置，我们后期遇到具体问题在描述法线的设置和作用。

我们已经多添加了几个系统自带图形查看光照效果，包括一个圆球体、正二十面体和环状体，这样光照效果就好了很多。以下补充其他立体模型的生成代码：

	//显示球体glPushMatrix();glTranslatef(-5,5,0);glColor3f(0.0f,0.0f,1.0f);glutSolidSphere(2.0f,30.0f,30.0f);glPopMatrix();//显示圆环体glPushMatrix();glTranslatef(-3,2,5);glRotatef(90,1.0f,0.0f,0.0f);glColor3f(1.0f,0.0f,1.0f);glutSolidTorus(0.5f,1.0f,30.0f,30.0f);glPopMatrix();//显示二十面体glPushMatrix();glTranslatef(0,2,0);glColor3f(0.0f,0.6f,1.0f);glutSolidIcosahedron();glPopMatrix();

6、长方体地面的添加

我们显示了以上物体后，总是没有脚踏实地的，虽然现在有了三维的坐标参照，但是总感觉脚下悬空的。我们还是去创建一个地面，这样可以感觉心里踏实，这里由于没有系统自带的长方体，要自定义创建一个长方体。当然，我们现在加的只是一个感官上的地面，后期还要添加玩家在地面上的碰撞检查，我落在地面上，可以顺着地形的不同不断改变能力的高度，遇到障碍物我无法通过，如果遇到了峡谷，人物也可以自由落体势掉落到峡谷底部，但不会掉落无尽深渊的效果。更多详见https://blog.csdn.net/zhooyu主页内容。

//显示地面if(true){//长方体的八个顶点坐标int	vertices[8][4]={{-10,-1,-10},{-10,-1,+10},{+10,-1,+10},{+10,-1,-10},{-10,-5,-10},{-10,-5,+10},{+10,-5,+10},{+10,-5,-10},};//长方体六个面上顶点显示顺序int	indices[6][4]={{3,2,1,0},{0,1,5,4},{1,2,6,5},{2,3,7,6},{3,0,4,7},{4,5,6,7}};//逐个显示面长方体六个面for(int i=0;i<6;i++){//设置各个面的颜色if(i==0){glColor3f(0.0f,1.0f,0.0f);}else{glColor3f(0.8f,0.5f,0.0f);}//显示各个面glBegin(GL_QUADS);//显示各个顶点for(int j=0;j<4;j++){glVertex3f(vertices[indices[i][j]][0],vertices[indices[i][j]][1],vertices[indices[i][j]][2]);}glEnd();}}

这里我们需要显示一个底面积很大，高度不高的长方体，并放置到我们大致脚下的位置。我们先不用VAO和VBO的高级方式，这些高级操作方式可以更有效的操作GPU显存，对我们后期的性能非常重要，随后再详细说明，我们现在用最简单的方式显示。这更多的是为了方便大家查看。

我们的游戏画面稍微不那么单调，但是我们还需要添加后期的纹理，物体材质，加载上下起伏但平滑的地图模型，加载3D建模制作各种物体模型，操作界面的各种按键、窗口控件，来丰富我们的游戏内容。