OpenGLES入门(五)

本章实现了自定义光照,地球自转,以及月球自转和绕地球公转的模型视图变换。

代码中引入了模型文件,sphere.obj,有兴趣的可以去了解OpenGLES的模型导入

在代码开始之前,先介绍一些概念。

1.基础光照

我们现实中看到的物体,都是眼睛通过接收到的物体表面的反射光形成的。现实生活中的光是非常复杂的,会受到很多因素的影响,这是我们有限的计算能力所无法模拟的。因此OpenGL的光照使用的是简化的模型,对现实的情况进行近似,这样处理起来会更容易一些,而且看起来也差不多一样。这些光照模型都是基于我们对光的物理特性的理解。其中一个模型被称为冯氏光照模型(Phong Lighting Model)。冯氏光照模型的主要结构由3个分量组成:环境(Ambient)、漫反射(Diffuse)和镜面(Specular)光照。下面这张图展示了这些光照分量看起来的样子:

环境光照(Ambient Lighting):即使在黑暗的情况下,世界上通常也仍然有一些光亮(月亮、远处的光),所以物体几乎永远不会是完全黑暗的。为了模拟这个,我们会使用一个环境光照常量,它永远会给物体一些颜色。

漫反射光照(Diffuse Lighting):模拟光源对物体的方向性影响(Directional Impact)。它是冯氏光照模型中视觉上最显著的分量。物体的某一部分越是正对着光源,它就会越亮。

镜面光照(Specular Lighting):模拟有光泽物体上面出现的亮点。镜面光照的颜色相比于物体的颜色会更倾向于光的颜色。

OpenGLES给我们提供设置光源的方法,我们可以自定义三种光照的颜色,设定光源的位置,给物体增加光照的效果。其中漫反射光会给我们造成更显著的视觉效果,在OpenGLES中,所有的漫反射光都是通过每个顶点的法向量计算出来的。这里就不给出计算过程了,想了解计算过程的看这里

2.矩阵堆栈(GLKMatrixStack)

在之前的代码中,我们已经对图形进行过各种变化。在OpenGLES中,对图形的变换,本质上就是对各个顶点坐标进行矩阵变换,因为顶点坐标也可以看作是一个单列的x,y,z三维向量矩阵。(但是在OpenGL中,通常会使用一个四维向量来计算,w向量,第四个w向量值通常都是是1,因为在3D空间中缩放w分量是无意义的)

为了方便使用矩阵运算,OpenGL提供了GLKMatrixStack来保存4X4矩阵。

1.GLKMatrixStackCreate:创建矩阵堆栈

2.GLKMatrixStackLoadMatrix4:用一个新矩阵替换顶部矩阵,可以用来添加第一个矩阵

3.GLKMatrixStackPush:复制顶部矩阵并添加到堆栈顶部

4.GLKMatrixStackScale:添加缩放矩阵,与顶部矩阵进行运算,得到新的顶部矩阵

5.GLKMatrixStackTranslate:添加位移矩阵,与顶部矩阵进行运算,得到新的顶部矩阵

6.GLKMatrixStackRotate:添加旋转矩阵,与顶部矩阵进行运算,得到新的顶部矩阵

7.GLKMatrixStackGetMatrix4:获取顶部矩阵,一般是将运算后得到的最终矩阵,设置给模型视图变换矩阵,对视图进行变换 

8.GLKMatrixStackPop:对顶部矩阵进行出栈,这样可以得到我们最开始添加的矩阵,设置给模型视图,用来进行下一次变换操作。

3.熟悉了上面的基本概念之后,结合代码来理解

3.1 sphere.h文件存放了顶点、法线、纹理坐标,用来绘制图形,纹理样通过地球、月球2张图片导入

3.2 这里设置投影方式为透视投影(GLKMatrix4MakeFrustum),符合我们平时看到实际物体样子

也可以将投影方式设置为正交投影,看看不同投影方式显示效果的区别

3.3 设置光源

这里只设置了一个光源,也可以设置多个光源,参照上面的代码。

3.4 绘制地球和月球

这里主要是矩阵对顶点坐标进行矩阵运算,使用的就是OpenGL提供的矩阵堆栈,我们只需要将变换矩阵传递给GLMatrixStack,交给GPU帮我们计算,这里是对地球的顶点坐标进行变换,月球也是相同的步骤,不过需要注意的是,将地球顶点坐标变换完毕以后,需要将模型视图矩阵设置为初始矩阵,然后再进行月球的矩阵顶点运算。

主要的代码就是这些,本章使用了AGLKVertexAttribArrayBuffer类,这个类封装了在图形绘制时的固定步骤,不用每次都去写相同的代码。具体的demo代码在这里

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