Android OpenGL添加光照和材料属性

2017-01-16 10:13:40来源:http://www.jianshu.com/p/f16fcd35d91e作者:huachao1001人点击

转载请注明出处:【huachao1001的简书:http://www.jianshu.com/users/0a7e42698e4b/latest_articles】


在上一篇文章【 Android OpenGL显示任意3D模型文件 】中,我们学习了如何读取并显示STL格式的3D文件,但是,最后,看到的并没有添加光照效果,导致虽然模型在旋转,但是我们看到的画面却像一个平面。今天我们开始学习如何给模型添加灯照效果,以及如何为模型添加材料属性,使得最终看到的旋转模型真正为3D效果。首先,看看最终效果,如下图所示:



光照效果


截图


材质效果
1 光照效果

因为我们所做的立体效果是根据真实世界原理来计算的,所以很有必要去了解在现实世界中,我们所看到的一个物体有哪些光。


1.1 真实世界中的光照

我们知道,在黑暗中,当我们将手电筒对准某个物体时,我们所看到的该物体的“亮度”有3种:



物体表面发生镜面反射部分(Specular),一般是白色。
物体表面发生漫反射部分(Diffuse),一般是物体表面的颜色。
物体表面没有照射到光的部分,即通过环境光(Ambient)照射,在黑暗中环境光是黑色。


如下图所示(图片出自www.guidebee.info):



光照图示

从上图中也可以看出,光源的位置也会影响到我们所看到的最终画面。显然,我们只需控制好光源位置、镜面反射颜色、漫反射颜色、环境光颜色这四个参数,就可以做到了。


1.2 Android OpenGL相关API
1.2.1 光源 GL10.GL_LIGHT0

0号光源,该光源的默认颜色为白色,即RGBA(1.0,1.0,1.0,1.0),漫反射和镜面反射也为白色。类似的,还有其他光源如GL10.GL_LIGHT1,系统提供了0~78种光源,其他的光源默认为黑色,即RGBA(0.0,0.0,0.0,1.0).


开启光源也非常简单:


//启用光照功能
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
//开启0号灯
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);

1.2.2 设置各种反射光颜色

一旦开启了光照功能,就可以通过glLightfv函数来指定各种反射光的颜色了,glLightfv函数如下:


public void glLightfv(int light,int pname, FloatBuffer params)
public void glLightfv(int light,int pname,float[] params,int offset)
public void glLightf(int light,int pname,float param)

其中,



light: 指光源的序号,OpenGL ES可以设置从07共八个光源。
pname: 光源参数名称,可以有如下:
GL_SPOT_EXPONENT
GL_SPOT_CUTOFF
GL_CONSTANT_ATTENUATION
GL_LINEAR_ATTENUATION
GL_QUADRATIC_ATTENUATION
GL_AMBIENT(用于设置环境光颜色)
GL_DIFFUSE(用于设置漫反射光颜色)
GL_SPECULAR(用于设置镜面反射光颜色)
GL_SPOT_DIRECTION
GL_POSITION(用于设置光源位置)

params: 参数的值(数组或是Buffer类型),数组里面含有4个值分别表示R,G,B,A。


指定光源的位置的参数为GL_POSITION,位置的值为(x,y,z,w),如果是平行光则将w 设为0,此时,(x,y,z)为平行光的方向:


1.3 代码实现

在上一篇的基础上,直接修改GLRenderer.java文件,添加一个openLight函数:


public void openLight(GL10 gl) {
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(ambient));
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(diffuse));
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(specular));
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, Util.floatToBuffer(lightPosition));

}

另外,分别添加我们设定的各种反射光的颜色:


float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f,};
float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f,};
float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,};
float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f,};

最后,在onSurfaceCreated函数里面调用一下openLight(gl);函数即可。最终效果如下:



光照效果
2 材料属性

前面我们提到了可以为模型设置不同的材料属性,本节中,我们一起学习如何为模型设定不同的材料属性。我们知道,同样是一束光,照在不同颜色材料的物体上面,我们所看到的是不同的,反射出来的不仅仅颜色不同,光泽也是不同的。换句话说,不同的材质对最终的渲染效果影响很大!


材料的属性设置和光源的设置有些类似,用到的函数


public void glMaterialf(int face,int pname,float param)
public void glMaterialfv(int face,int pname,float[] params,int offset)
public void glMaterialfv(int face,int pname,FloatBuffer params)

其中,



face : 在OpenGL ES中只能使用GL_FRONT_AND_BACK,表示修改物体的前面和后面的材质光线属性。
pname: 参数类型,这些参数用在光照方程。可以取如下值:
GL_AMBIENT
GL_DIFFUSE
GL_SPECULAR
GL_EMISSION
GL_SHININESS

param:指定反射的颜色。


跟设置光照类似,设置材料属性首先需要定义各种反射光的颜色:


float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f};
float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};//漫反射设置蓝色
float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f};

然后就是将这些颜色通过glMaterialfv函数设置进去:


public void enableMaterial(GL10 gl) {
//材料对环境光的反射情况
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(materialAmb));
//散射光的反射情况
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(materialDiff));
//镜面光的反射情况
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(materialSpec));
}

当然了,最后也别忘记了在onSurfaceCreated函数中调用 enableMaterial(gl);,最后看看效果:



材质效果
3 完整的GLRenderer类

最后项目代码就不上传了,直接参考上一篇的文章中的源码即可,本位值修改了GLRenderer类,把该类的完整源码贴上:


package com.hc.opengl;
import android.content.Context;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.opengl.GLU;
import java.io.IOException;
import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;
/**
* Package com.hc.opengl
* Created by HuaChao on 2016/8/9.
*/
public class GLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {
private Model model;
private Point mCenterPoint;
private Point eye = new Point(0, 0, -3);
private Point up = new Point(0, 1, 0);
private Point center = new Point(0, 0, 0);
private float mScalef = 1;
private float mDegree = 0;
public GLRenderer(Context context) {
try {
model = new STLReader().parserBinStlInAssets(context, "huba.stl");
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}
public void rotate(float degree) {
mDegree = degree;
}
@Override
public void onDrawFrame(GL10 gl) {
// 清除屏幕和深度缓存
gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

gl.glLoadIdentity();// 重置当前的模型观察矩阵

//眼睛对着原点看
GLU.gluLookAt(gl, eye.x, eye.y, eye.z, center.x,
center.y, center.z, up.x, up.y, up.z);
//为了能有立体感觉,通过改变mDegree值,让模型不断旋转
gl.glRotatef(mDegree, 0, 1, 0);
//将模型放缩到View刚好装下
gl.glScalef(mScalef, mScalef, mScalef);
//把模型移动到原点
gl.glTranslatef(-mCenterPoint.x, -mCenterPoint.y,
-mCenterPoint.z);

//===================begin==============================//
//允许给每个顶点设置法向量
gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
// 允许设置顶点
gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
// 允许设置颜色
//设置法向量数据源
gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVnormBuffer());
// 设置三角形顶点数据源
gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVertBuffer());
// 绘制三角形
gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, model.getFacetCount() * 3);
// 取消顶点设置
gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
//取消法向量设置
gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
//=====================end============================//
}

@Override
public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {
// 设置OpenGL场景的大小,(0,0)表示窗口内部视口的左下角,(width, height)指定了视口的大小
gl.glViewport(0, 0, width, height);
gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); // 设置投影矩阵
gl.glLoadIdentity(); // 设置矩阵为单位矩阵,相当于重置矩阵
GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, ((float) width) / height, 1f, 100f);// 设置透视范围
//以下两句声明,以后所有的变换都是针对模型(即我们绘制的图形)
gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
gl.glLoadIdentity();

}

@Override
public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 启用深度缓存
gl.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f);// 设置深度缓存值
gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 设置深度缓存比较函数
gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 设置阴影模式GL_SMOOTH
//开启光
openLight(gl);
enableMaterial(gl);
float r = model.getR();
//r是半径,不是直径,因此用0.5/r可以算出放缩比例
mScalef = 0.5f / r;
mCenterPoint = model.getCentrePoint();
}

float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f};
float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};
float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f};
public void openLight(GL10 gl) {
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(ambient));
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(diffuse));
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(specular));
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, Util.floatToBuffer(lightPosition));

}
float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f,};
float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,};
float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,};
public void enableMaterial(GL10 gl) {
//材料对环境光的反射情况
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(materialAmb));
//散射光的反射情况
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(materialDiff));
//镜面光的反射情况
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(materialSpec));
}
}

最后感谢大家的关注,欢迎关注huachao1001的博客,http://blog.csdn.net/huachao10019




最新文章

123

最新摄影

微信扫一扫

第七城市微信公众平台