Modelowanie oświetlenia z wykorzystaniem funkcji OpenGL
Grzegorz Prochowicz I4D1S0
Model oświetlenia zastosowany w bibliotece OpenGL opiera się na trzech
rodzajach światła: pierwszym jest światło otaczające (ambent light), które nie
pochodzi z \
adnego konkretnego kierunku i równomiernie oświetla całą scenę
3D. Drugi rodzaj to światło rozproszone (diffuse light), które pada na obiekt z
określonego kierunku i jest na nim rozpraszane we wszystkich kierunkach.
Trzecim rodzajem jest światło odbite (specular light), które pada na obiekt z
określonego kierunku i jest odbijane w ściśle określonym kierunku.
W bibliotece OpenGL ze światłem ściśle związane jest pojęcie materiałów
określające właściwości oświetlanych obiektów. Właściwości materiału, poza
reakcją na opisane wy\
ej trzy rodzaje światła, uwzględniają tak\
e mo\
liwość
emitowania światła.
Uruchomienie/wyłączenie oświetlenia wymaga wywołania funkcji
glEnable/glDisable z parametrem GL_LIGHTING. Minimalna ilość z
ródeł
światła jaką musi obsługiwać ka\
da implementacja OpenGL wynosi 8. Ka\
de
z
ródło światła ma unikatowy numer oznaczony stałą GL_lightx, gdzie x zawiera
się z przedziale [0,7]
1. Parametry świateł
Parametry ka\
dego ze z
ródeł światła mo\
na modyfikować niezale\
nie od
pozostałych z
ródeł. Słu\
ą do tego funkcje glLight, które mo\
na podzielić na
dwie grupy. Pierwsza pozwala na modyfikacje określonych parametrów
pojedynczą wartością:
void glLightf (GLenum light, Plenum pname, GLfloat param)
void glLighti (GLenum light, Plenum pname, GLint param)
Druga natomiast na zmianę parametru z
ródła światła określonego tablicą
wartości:
void glLightv (GLenum light, Plenum pname, const GLfloat *params)
void glLightiv (GLenum light, Plenum pname, const GLint *params)
Parametr light określa numer z
ródła światła, którego parametry chcemy zmienić
(G_LIGHTx). Parametr pname określa parametr z
ródła światła, który chcemy
zmodyfikować. Mo\
liwe są następujące wartości modyfikowanego tego
parametru:
GL_AMBIENT - wartości składowych RGBA światła otaczającego,
GL_DIFFUSE - wartości składowych RGBA światła rozproszonego,
GL_SPECULAR - wartości składowych RGBA światła odbitego,
GL_POSITION  czteroelementowy wektor (x,y,z,w), którego interpretacja
zale\
y od wartości w; je\
eli w ma wartość 1 oznacza to \
e trzy pierwsze
współrzędne wektora określają poło\
enie z
ródła światła; je\
eli natomiast w
ma wartość 0, to z
ródło światła jest światłem kierunkowym a jego
promienie padają w kierunku zdefiniowanym prze trzy pierwsze
współrzędne wektora,
GL_SPOT_DIRECTION  znormalizowany (o długość 1) trójwspółrzędny
wektor określający kierunek reflektora,
GLSPOT_EXPONENT  współczynnik tłumienia kątowego reflektora,
dopuszczalne są wartości z przedziału [0,128]. Umo\
liwia regulację stopnia
skupienia światła reflektora.
GL_SPOT_CUTOFF- kąt odcięcia reflektora, dopuszczalne są wartości z
przedziału [0,90] oraz 180,
GL_CONSTANT_ATTENUATION  stały współczynnik tłumienia światła,
GL_LINEAR_ATTENUATION  linowy współczynnik tłumienia światła,
GL_QUADRATIC_ATTENUATION  kwadratowy współczynnik tłumienia
światła.
Reflektory to światło kierunkowe , którego promienie rozchodzą się w
przestrzeni ograniczonej sto\
kiem o wierzchołku znajdującym się w z
ródle
światła. Połowę kąta rozwarcia sto\
ka określa parametr GL_SPOT_CUTOFF.
Wszystkie obiekty sceny poza sto\
kiem świata reflektora nie będą nim
oświetlone.
Trzy ostatnie parametry z
ródła światła określają współczynnik tłumienia
światła:
gdzie d oznacza odległość wierzchołka od z
ródła światła, a stałe ac, al., aq
odpowiednio stały (GL_CONSTANT_ATTENUATION), liniowy
(GL_LINEAR_ATTENUATION i kwadratowy
(QUADRATIC_ATTENUATION) współczynnik tłumienia. Przy domyślnych
ustawieniach z
ródeł światła wartość współczynnika tłumienia wynosi 1, co
oznacza, \
e intensywność strumienia światła nie zale\
y od odległości pomiędzy
jego z
ródłem a wierzchołkiem oświetlanego obiektu.
Domyślnie światło GL_LIGHT0 jest światłem białym kierunkowym
poło\
onym w punkcie o współrzędnych (0,0,1). Światło skierowane jest zgodnie
z kierunkiem wyznaczanym przez wektor o współrzędnych [0,0,-1].
Pomimo kierunkowego charakteru sto\
ek światła GL_LIGHT0 nie jest w \
aden
sposób ograniczony (parametr GL_SPOT_CUTOFF ma wartość 180) i światło
rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Światło GL_LIGHT0 znajduje się na
środku płaszczyzny monitora (okna) i jest skierowane prostopadle w głąb
monitora. y
ródła światła GL_LIGHT1-GLLIGHT7 ró\
nią się od GL_LIGHT0
tylko barwą światła rozproszonego i odbitego.
2. Parametry modelu oświetlenia.
Poza zdefiniowaniem właściwości poszczególnych z
ródeł światła do
oświetlenia sceny w bibliotece OpenGL trzeba jeszcze określić parametry
stosowanego modelu oświetlenia. Słu\
ą do tego funkcje z grupy glLightModel:
void glLightModelf (GLenum pname, GLfloat param)
void glLightModeli (GLenum pname, GLint param)
void glLightModelfv (GLenum pname, const GLfloat *params)
Funkcje te, podobnie jak funkcje z grupy glLight, występują w dwóch wersjach
ró\
niących się sposobem przekazywania parametrów. Parametr pname określa
własność modelu otoczenia , który chcemy zmienić. Dopuszczalne są
następujące wartości tego parametru:
GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER  określenie sposobu obliczania kąta
odbicia światła; wartość 0 oznacza, \
e kąt obliczany jest na podstawie kierunku
od początku układu współrzędnych do oświetlanego wierzchołka obiektu;
wartość inna ni\
0 oznacza, \
e kąt odbicia światła obliczany jest na podstawie
kierunku ujemnej osi OZ,
GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE  określenie czy będą oświetlane obie
strony wielokątów (wartość ró\
na od 0) czy te\
tylko przednie strony (wartość
0),
GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT  określenie składowych RGBA globalnego
światła otaczającego
GL_LIGHT_MODEL_COLOR_CONTROL określenie czy efekt oświetlenia
światłem odbitym będzie nakładany dopiero po nało\
eniu tekstury (wartość
GL_SEPARATE_SPECULAR_COLOR) czy te\
razem z teksturą (wartość
GL_SINGLE_COLOR).
3. Materiały
Elementem modelu oświetlenia przyjętego w bibliotece OpenGL jest opis
sposobu zachowania się powierzchni obiektów na poszczególne rodzaje światła,
czyli opis właściwości materiałów. Do ich modyfikacji słu\
ą funkcje z grupy
glMaterial:
void glMaterialf (GLenum face, GLlenum pname, GLfloat param)
void glMateriali (GLenum face, GLlenum pname, GLint param)
void glMaterialfv (GLenum face, GLlenum pname, const GLfloat *params)
void glMaterialiv (GLenum face, GLlenum pname, const GLint *params)
Parametr face ustala, której strony wielokąta dotyczy modyfikowany
parametr. Wartości: GL_FRONT, GL_BACK, GL_FRONT_AND_BACK
(odpowiednio przednia, tylna, obie strony)
Parametr pname określa zmienną wartość parametru materiału.
Dopuszczalne wartości:
GL_AMBIENT - składowe RGBA określające stopień odbicia światła
otaczającego,
GL_DIFFUSE - składowe RGBA określające stopień odbicia światła
rozproszonego,
GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE - składowe RGBA określające jednocześnie
stopień odbicia światła otaczającego i rozproszonego,
GL_SPECULAR - składowe RGBA określające stopień odbicia światła
odbitego,
GL_SHININESS  stała z przedziału [0,128] określająca wykładnik odbłysku
światła czyli regulację stopnia rozbłysku obiektu. Im większa wartość tym
większe skupienie rozbłysku światła na obiekcie,
GL_EMISSION  składowe RGBA światła emitowanego przez obiekt, taki
obiekt nie staje się z
ródłem światła i nie oświetla innych obiektów sceny,
wymaga to tak\
e utworzenia z
ródła światła,
GL_COLOR_INDEXES  w indeksowanym trybie kolorów trzy indeksy do
tablicy kolorów określające kolejno składowe RGBA określające reakcję na
światło otaczające, rozproszone i odbite.