光線跟蹤算法

1、光線跟蹤算法主要內(nèi)容：一、實驗設(shè)計二、靜止多光源實現(xiàn)三、材料屬性對光照效果的影響四、移動光源的實現(xiàn)實驗設(shè)計問題一、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、光線跟蹤實現(xiàn)的基本步驟？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，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 中的第四個參數(shù)2、材料屬性材料的環(huán)境顏色：GL_AMBIENT材料的散射顏色：GL_DIFFUSE

2、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：屬性值材料屬性：void glMaterialif(GLenum face, GLenum pname, TYPEparam);void glMaterial

3、ifv(GLenum face, GLenum pname, TYPE *param);Face：那個面受光照 pname：光源屬性 param：屬性值問題三、光線跟蹤實現(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，我們就可以進行第一個簡單的多光源實驗。靜止多光源實現(xiàn)自己的工作：按照光線跟蹤實現(xiàn)的步驟進行。設(shè)置光源參數(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)進行設(shè)置。已有的：實現(xiàn)靜態(tài)光源顯示void reshape (int w, int h)void display(void)創(chuàng)建光源1、設(shè)置光

4、源參數(shù)方向性光源，環(huán)境光顏色為藍色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, 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.

5、0 ;GLfloat light1_specular = 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 ;GLfloat light1_position = 0.0, 2.0, 2.0, 1.0 ;2、衰減因子定義衰減因子目的：增強真實效果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_ATT

6、ENUATION, 1.5);glLightf(GL_LIGHT1, GL_LINEAR_ATTENUATION, 0.5);glLightf(GL_LIGHT1, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, 0.2);三個參數(shù)的默認值為1，0，03，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);/默認值180glLightf(G

7、L_LIGHT1, GL_SPOT_EXPONENT, 5.0);/用于控制光的集中度，越高強度越集中4，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, l

8、ight1_ambient); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_DIFFUSE, light1_diffuse); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_SPECULAR, light1_specular); glLightfv(GL_LIGHT1, GL_POSITION, light1_position); 5，glEnable的調(diào)用作用：啟用光源 glEnable(GL_LIGHTING); glEnable(GL_LIGHT0); glEnable(GL_LIGHT1);6，光源保持靜止void reshape (int w, int h) glViewpor

9、t (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_MODELVIE

10、W); 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。選擇光照模型靜態(tài)多光源實現(xiàn)過程中使用默認設(shè)置：即觀察者位于無窮遠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_MODEL_LOCAL_VIEWER, GL_FALSE);定義材料屬性材料屬性

11、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);display()函數(shù)void display(void) glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);/清空緩沖區(qū) glutSolidSphere (1

12、.0, 20, 16);/畫圓,半徑為1.0 glFlush ();/保證繪圖命令被實際執(zhí)行效果展示屏蔽位置性光源只有方向性光源屏蔽方向性光源只有位置性光源靜止多光源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？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()來實現(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)： glPushMatrix(); glTranslatef (); glMaterialfv(); glutSolidSphere(); glPopMatrix();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

13、, 1.0, 1.0 ;GLfloat light_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_spec

14、ular);glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);/glEnable的調(diào)用glEnable(GL_DEPTH_TEST);glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_LIGHT0); 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 = 1.0, 1.0,

15、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;glMaterialfv的調(diào)用 第一個球：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, no_mat); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIF

16、FUSE, 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();第二個球：只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)低 glPushMatrix(); glTranslatef (0.0, -0.5, -3.0); glMaterialf

17、v(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); glutSolidSphere(1.0, 16, 16); glPopMatrix();第三個球：只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)為高

18、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); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, high_shininess); glMaterialfv(GL_FRONT, GL_EMISSION, no_mat); glutSolid

19、Sphere(1.0, 16, 16); glPopMatrix();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) 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)

20、h,1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h, -1.5, 1.5, -10.0, 10.0); glMatrixMode(GL_MODELVIEW); glLoadIdentity();效果展示第一個小球只有散射顏色和發(fā)射顏色第二個小球只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)低 第三個小球只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)為高動態(tài)光源實現(xiàn)采用什么方式實現(xiàn)動態(tài)光源？通過點擊鼠標產(chǎn)生鼠標事件，進而移動光源鼠標事件函數(shù)，目的通過點擊鼠標控制旋轉(zhuǎn)void mouse(int button, int state, int x, int y) switch (button) case GLUT_LE

21、FT_BUTTON: if (state = GLUT_DOWN) spin = (spin + 30) % 360; /全局變量spin的控制 glutPostRedisplay(); break; default: break; 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

22、(); glRotated (GLdouble) spin, 1.0, 0.0, 0.0); /全局變量spin初值為0，通過鼠標事件改變它的值，進而進行旋轉(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 (); glutSolidS

23、phere (1.0, 20, 16);/繪制圓 glPopMatrix (); glFlush ();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)整個窗口 glMatrixMode (GL_PROJECTION); /表示吧當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();/對當前矩陣進行初始化 gluPerspective(40.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20

24、.0); /*void gluPerspective(GLdouble fovy, GLdouble aspect,GLdouble near, GLdouble far); 創(chuàng)建一個表示對稱透視視圖憑借頭體的矩陣，并把它與當前矩陣相乘 fovy yz平面上視野的角度，它的值必須在0.0,180.0. aspect是這個平截頭體的縱橫比，即寬度除高度 near and far 觀察點與近側(cè)剪裁平面及遠側(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();/對當前矩陣進行初始化效果展示光源在上面時光源在下側(cè)時main()的實現(xiàn)int main(int argc, char* argv) /初始化 glutInit(&argc, argv); glutInitDisplayMode (GLUT_SINGLE | GLUT_RGB | GLUT_D