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三维图形编程实践 华东理工大学计算机系 Sept.6, 2007 目录 引言 Opengl 图形库及其与VC的集成 交互技术 三维编程的理论基础（重点） 真实感显示 真实感显示 真实感图形绘制是计算机图形学的一个重要组成部分，它综合利用数学、物理学、计算机科学和其它科学知识在计算机图形设备上生成象彩色照片那样的具有真实感的图形。 一般说来，用计算机在图形设备上生成真实感图形必须完成以下四个步骤： 一是用建模，即用一定的数学方法建立所需三维场景的几何描述，场景的几何描述直接影响图形的复杂性和图形绘制的计算耗费； 二是将三维几何模型经过一定变换转为二维平面透视投影图； 三是确定场景中所有可见面，运用隐藏面消隐算法将视域外或被遮挡住的不可见面消去； 四是计算场景中可见面的颜色，即根据基于光学物理的光照模型计算可见面投射到观察者眼中的光亮度大小和颜色分量，并将它转换成适合图形设备的颜色值，从而确定投影画面上每一象素的颜色，最终生成图形。　　 由于真实感图形是通过景物表面的颜色和明暗色调来表现景物的几何形状、空间位置以及表面材料的，而一个物体表面所呈现的颜色是由表面向视线方向辐射的光能决定的。 在计算机图形学中，常采用一个既能表示光能大小又能表示其颜色组成的物理量即光亮度（luminance）或光强（intensity of light）来描述物体表面朝某方向辐射光能的颜色。 采用这个物理量可以正确描述光在物体表面的反射、透射和吸收现象，因而可以正确计算处物体表面在空间给定方向上的光能颜色。　　 真实感图形绘制的四大步骤前两步在前面的章节已经详细介绍过，这里不再重复，第三步OpenGL将自动完成所有消隐过程，第四步下面详述。 添加光照的四个步骤 为物体的每个顶点计算法向量。法向确定了物体相对于光源的指向 创建、选择并定位所有的光源 创建并选择一种光照模型。光照模型定义了环境光，并设置用于光照计算的视点位置 为场景中的物体定义材质属性。 OpenGL的光照 OpenGL光组成 辐射光（Emitted Light）：是最简单的一种光，它直接从物体发出并且不受任何光源影响。 环境光（Ambient Light）：由光源发出经环境多次散射而无法确定其方向的光，即似乎来自所有方向。一般说来，房间里的环境光成分要多些，户外的相反要少得多，因为大部分光按相同方向照射，而且在户外很少有其他物体反射的光。当环境光照到曲面上时，它在各个方向上均等地发散（类似于无影灯光）。 漫射光（Diffuse Light）：来自一个方向，它垂直于物体时比倾斜时更明亮。一旦它照射到物体上，则在各个方向上均匀地发散出去。于是，无论视点在哪里它都一样亮。来自特定位置和特定方向的任何光，都可能有散射成分。 镜面光（Specular Light）：来自特定方向并沿另一方向反射出去，一个平行激光束在高质量的镜面上产生100%的镜面反射。光亮的金属和塑料具有很高非反射成分，而象粉笔和地毯等几乎没有反射成分。因此，三某种意义上讲，物体的反射程度等同于其上的光强（或光亮度）。 创建光源（Light Source） 光源有许多特性，如颜色、位置、方向等。选择不同的特性值，则对应的光源作用在物体上的效果也不一样，这在以后的章节中会逐步介绍的。下面详细讲述定义光源特性的函数glLight*()： void glLight{if}[v](GLenum light , GLenum pname, TYPE param) 其中第一个参数light指定所创建的光源号，如GL_LIGHT0、GL_LIGHT1、...、GL_LIGHT7。 第二个参数pname指定光源特性，这个参数的辅助信息见右表所示。 最后一个参数设置相应的光源特性值。 例如 GLfloat light_position[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 0.0 };glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);　　其中light_position是一个指针，指向定义的光源位置齐次坐标数组。其它几个光源特性都为缺省值。 启动光照 首先得使光照有效 glEnable(GL_LIGHTING); 若使光照无效，则调用gDisable(GL_LIGHTING)可关闭当前光照 必须使所定义的每个光源有效。 如对光源编号为GL_LIGHT0，设置如下： glEnable(GL_LIGHT0); 明暗处理 （光照模型） 在计算机图形学中，光滑的曲面表面常用多边形予以逼近和表示，而每个小多边形轮廓（或内部）就用单一的颜色或许多不同的颜色来勾画（或填充），这种处理方式就称为明暗处理。 用单一颜色处理的称为平面明暗处理（Flat Shadi