基于C++的OpenGL 09 之材质
1. 引言
本文基于C++语言，描述OpenGL的材质
前置知识可参考：
笔者这里不过多描述每个名词、函数和细节，更详细的文档可以参考：
2. 概述
不同的物体往往具有不同的材质，不同的材质具有不同的反光特性
在冯氏光照模型中，一个物体的反光由环境光照(Ambient Lighting)、漫反射光照(Diffuse Lighting)和镜面光照(Specular Lighting)组成，通过控制这三个光照因子，可以实现不同材质的光照切换
3. 编码
首先在片段着色器中定义影响材质的的三个光照因子，另外，还需要设置一个反光度来表示高光部分的大小
定义材质因子：
#version 330 core
struct Material {
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
float shininess;
};
uniform Material material;
计算材质光照：
void main()
{
// 环境光
vec3 ambient = lightColor * material.ambient;
// 漫反射
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);
float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
vec3 diffuse = lightColor * (diff * material.diffuse);
// 镜面光
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
vec3 specular = lightColor * (spec * material.specular);
vec3 result = ambient + diffuse + specular;
FragColor = vec4(result, 1.0);
}
传输数据至GPU：
lightingShader.setVec3("material.ambient", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.diffuse", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);
结果如下：
结果不太对劲，物体亮度太高，主要是环境光照和漫反射光照太高
接下来将光照因子进行配置，使得环境光照和漫反射光照降低
定义光照因子：
struct Light {
vec3 position;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
uniform Light light;
计算材质光照：
vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;
vec3 diffuse = light.diffuse * (diff * material.diffuse);
vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular);
传输数据至GPU：
lightingShader.setVec3("light.ambient", 0.2f, 0.2f, 0.2f);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", 0.5f, 0.5f, 0.5f); // 将光照调暗了一些以搭配场景
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
结果如下：
设置变化的光照颜色：
glm::vec3 lightColor;
lightColor.x = sin(glfwGetTime() * 2.0f);
lightColor.y = sin(glfwGetTime() * 0.7f);
lightColor.z = sin(glfwGetTime() * 1.3f);
glm::vec3 diffuseColor = lightColor * glm::vec3(0.5f); // 降低影响
glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f); // 很低的影响
lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);
物体随光照颜色变换所展现的颜色变化：
4. 完整代码
主要文件material.cpp：
#include <glad/glad.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
#include <math.h>
#include "Shader.hpp"
#define STB_IMAGE_IMPLEMENTATION
#include "stb_image.h"
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/ext/matrix_transform.hpp> // glm::translate, glm::rotate, glm::scale
#include <glm/ext/matrix_clip_space.hpp> // glm::perspective
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
//全局变量
glm::vec3 cameraPos = glm::vec3(0.0f, 0.0f, 10.0f);
glm::vec3 cameraFront = glm::vec3(0.0f, 0.0f, -1.0f);
glm::vec3 cameraUp = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
glm::vec3 lightPos(1.2f, 1.0f, 2.0f);
// 函数声明
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height);
void process_input(GLFWwindow *window);
int main()
{
glfwInit();
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3);
glfwWindowHint(GLFW_CONTEXT_VERSION_MINOR, 3);
GLFWwindow *window = glfwCreateWindow(800, 600, "material", nullptr, nullptr);
if (window == nullptr)
{
std::cout << "Faild to create window" << std::endl;
glfwTerminate();
}
glfwMakeContextCurrent(window);
if (!gladLoadGLLoader((GLADloadproc)glfwGetProcAddress))
{
std::cout << "Faild to initialize glad" << std::endl;
return -1;
}
glad_glViewport(0, 0, 800, 600);
glfwSetFramebufferSizeCallback(window, framebuffer_size_callback);
//配置项
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
Shader lightCubeShader("../light_cube.vs.glsl", "../light_cube.fs.glsl");
Shader lightingShader("../cube.vs.glsl", "../cube.fs.glsl");
unsigned int cubeVAO;
glGenVertexArrays(1, &cubeVAO);
glBindVertexArray(cubeVAO);
float vertices[] = {
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, 0.0f, -1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, 0.0f, 1.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, -1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f, 0.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, 0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
-0.5f, -0.5f, -0.5f, 0.0f, -1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f,
-0.5f, 0.5f, -0.5f, 0.0f, 1.0f, 0.0f
};
unsigned int VBO;
glGenBuffers(1, &VBO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void *)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void *)(3*sizeof(float)));
glEnableVertexAttribArray(1);
unsigned int lightCubeVAO;
glGenVertexArrays(1, &lightCubeVAO);
glBindVertexArray(lightCubeVAO);
// 只需要绑定VBO不用再次设置VBO的数据，因为箱子的VBO数据中已经包含了正确的立方体顶点数据
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
// 设置灯立方体的顶点属性（对我们的灯来说仅仅只有位置数据）
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
process_input(window);
glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
lightingShader.use();
lightingShader.setVec3("objectColor", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("lightColor", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
lightingShader.setVec3("lightPos", lightPos);
lightingShader.setVec3("viewPos", cameraPos);
lightingShader.setVec3("material.ambient", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.diffuse", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
lightingShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
lightingShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);
// lightingShader.setVec3("light.ambient", 0.2f, 0.2f, 0.2f);
// lightingShader.setVec3("light.diffuse", 0.5f, 0.5f, 0.5f); // 将光照调暗了一些以搭配场景
lightingShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glm::vec3 lightColor;
lightColor.x = sin(glfwGetTime() * 2.0f);
lightColor.y = sin(glfwGetTime() * 0.7f);
lightColor.z = sin(glfwGetTime() * 1.3f);
glm::vec3 diffuseColor = lightColor * glm::vec3(0.5f); // 降低影响
glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f); // 很低的影响
lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);
glm::mat4 model = glm::mat4(1.0f);
model = glm::rotate(model, glm::radians(-55.0f), glm::vec3(1.0f, 0.0f, 0.0f));
glm::mat4 view = glm::mat4(1.0f);
// view = glm::translate(view, glm::vec3(0.0f, 0.0f, -3.0f));
view = glm::lookAt(cameraPos, cameraPos + cameraFront, cameraUp);
glm::mat4 projection = glm::mat4(1.0f);
projection = glm::perspective(glm::radians(45.0f), 800.0f / 600.0f, 0.1f, 100.0f);
// 模型矩阵
int modelLoc = glGetUniformLocation(lightingShader.ID, "model");
glUniformMatrix4fv(modelLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(model));
// 观察矩阵和投影矩阵与之类似
int viewLoc = glGetUniformLocation(lightingShader.ID, "view");
glUniformMatrix4fv(viewLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(view));
int projectionLoc = glGetUniformLocation(lightingShader.ID, "projection");
glUniformMatrix4fv(projectionLoc, 1, GL_FALSE, glm::value_ptr(projection));
// render the cube
glBindVertexArray(cubeVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
// also draw the lamp object
lightCubeShader.use();
lightCubeShader.setMat4("projection", projection);
lightCubeShader.setMat4("view", view);
model = glm::mat4(1.0f);
model = glm::translate(model, lightPos);
model = glm::scale(model, glm::vec3(0.2f)); // a smaller cube
lightCubeShader.setMat4("model", model);
glBindVertexArray(lightCubeVAO);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 36);
glfwSwapBuffers(window);
glfwPollEvents();
}
glfwTerminate();
return 0;
}
void framebuffer_size_callback(GLFWwindow *window, int width, int height)
{
glViewport(0, 0, width, height);
}
void process_input(GLFWwindow *window)
{
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_ESCAPE) == GLFW_PRESS)
{
glfwSetWindowShouldClose(window, true);
}
float cameraSpeed = 0.05f; // adjust accordingly
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_W) == GLFW_PRESS)
cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_S) == GLFW_PRESS)
cameraPos -= cameraSpeed * cameraFront;
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_A) == GLFW_PRESS)
cameraPos += glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
if (glfwGetKey(window, GLFW_KEY_D) == GLFW_PRESS)
cameraPos -= glm::normalize(glm::cross(cameraFront, cameraUp)) * cameraSpeed;
}
立方体顶点着色器GLSLcube.vs.glsl：
#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aNormal;
out vec3 Normal;
out vec3 FragPos;
uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;
void main()
{
gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
FragPos = vec3(model * vec4(aPos, 1.0));
Normal = aNormal;
}
立方体片段着色器GLSLcube.fs.glsl：
#version 330 core
struct Material {
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
float shininess;
};
struct Light {
vec3 position;
vec3 ambient;
vec3 diffuse;
vec3 specular;
};
in vec3 Normal;
in vec3 FragPos;
out vec4 FragColor;
uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;
uniform vec3 lightPos;
uniform vec3 viewPos;
uniform Material material;
uniform Light light;
void main()
{
// 环境光
vec3 ambient = light.ambient * material.ambient;
// 漫反射
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);
float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
vec3 diffuse = light.diffuse * (diff * material.diffuse);
// 镜面光
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
vec3 specular = light.specular * (spec * material.specular);
vec3 result = ambient + diffuse + specular;
FragColor = vec4(result, 1.0);
}
着色器Shader.hpp、光源顶点着色器GLSLlight_cube.vs.glsl、光源片段着色器GLSLlight_cube.fs.glsl见：
5. 参考资料
[1]材质 - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)
基于C++的OpenGL 09 之材质的更多相关文章
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0之多纹理
没想到原文出了那么多错别字,实在对不起观众了.介绍opengl es 2.0的不多.相信介绍基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0之多纹理的,我是独此一家吧.~~ 子龙山人出了一个系列: ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——纹理贴图（6）
在上一篇文章中,我们介绍了如何绘制一个立方体,里面涉及的知识点有VBO(Vertex Buffer Object).IBO(Index Buffer Object)和MVP(Modile-View-P ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——使用VBO索引（4）
在上一篇文章中,我们介绍了uniform和模型-视图-投影变换,相信大家对于OpenGL ES 2.0应该有一点感觉了.在这篇文章中,我们不再画三角形了,改为画四边形.下篇教程,我们就可以画立方体了, ...
- 1、基于MFC的OpenGL程序
首先,使用的库是GLUT以及GLAUX,先下载两者,添加查找路径以及链接 一.单文本文件 工程openGLMFC 1.创建单文本文件 2.添加路径.链接 方法如之前篇章所示, 链接库为op ...
- 【游戏开发】基于VS2017的OpenGL开发环境搭建
一.简介 最近,马三买了两本有关于“计算机图形学”的书籍,准备在工作之余鼓捣鼓捣图形学和OpenGL编程,提升自己的价值(奔着学完能涨一波工资去的).俗话说得好,“工欲善其事,必先利其器”.想学习图形 ...
- 基于MFC的OpenGL程序<转>
原贴地址:https://www.cnblogs.com/pinking/p/6180225.html 首先,使用的库是GLUT以及GLAUX,先下载两者,添加查找路径以及链接 一.单文本文件 ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——你的第一个立方体（5）
在上篇文章中,我们介绍了VBO索引的使用,使用VBO索引可以有效地减少顶点个数,优化内存,提高程序效率. 本教程将带领大家一起走进3D--绘制一个立方体.其实画立方体本质上和画三角形没什么区别,所有的 ...
- 基于对话框的Opengl框架
转自:http://blog.csdn.net/longxiaoshi/article/details/8238933 12-11-29 14:55 1198人阅读 评论(6) 收藏 举报 分类: ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——编写自己的shader（2）
在上篇文章中,我给大家介绍了如何在Cocos2d-x里面绘制一个三角形,当时我们使用的是Cocos2d-x引擎自带的shader和一些辅助函数.在本文中,我将演示一下如何编写自己的shader,同时, ...
- 基于Cocos2d-x学习OpenGL ES 2.0系列——OpenGL ES渲染之LayerColor（8）
在前面文章中讲述了Cocos2d-x引擎OpenGL渲染准备Shader方面,本文主要讲解使用LayerColor来讲述OpenGL的渲染过程. 1.LayerColor对象创建 添加LayerCol ...
随机推荐
- 【大数据面试】Flink 02 基本操作：入门案例、Env、Source、Transform、数据类型、UDF、Sink
二.基本操作 1.入门案例 (1)批处理wordcount--DataSet val env = ExecutionEnvironment.getExecutionEnvironment // 从文件 ...
- C# 操作IIS加强版（添加，删除，启动，暂停网站，默认页，绑定信息）
C# 操作IIS加强版(添加,删除,启动,暂停网站,默认页,绑定信息) 主要功能如下 在本机的IIS创建Web网站 删除网站包括应用程序池 删除应用程序池 添加默认文档 删除默认文档 添加虚拟目录 删 ...
- f-strings: Python字符串处理的瑞士军刀
从 3.6 开始,Python 新增了一个格式化字符串的方法,称之为 f-string. 其用法就是在python原始字符串的基础上增加 f/F 前缀,以大括号 {} 标明被替换的字段. f-stri ...
- SQL 之 SELECT语句
1.展示所有列语法 select * from table; #table表示表名 示例: select * from a 2.展示指定列语法 select column1, column2, ... ...
- cmd命令行ssh连接Linux服务器
打开cmd工具 使用命令ssh连接服务器 ssh 用户名@ip地址 (不需要指定端口号,默认端口就是22) 输入密码即可
- 《Kubernetes Operator 开发进阶》- 作者絮絮叨
目录 今天聊啥 本书读者 推荐序 推荐序1 - 邓洪超 推荐序2 - 任晶磊 推荐语 推荐语1 - 张磊 推荐语2 - 宋净超 推荐语3 - 王泽锋 推荐语4 - 周鹏飞 推荐语5 - 郑东旭 本书简 ...
- 用python爬取网络文章----滴天髓
用python爬取网络文章真的很简单.主要分以下几个步骤 1.安装并导入相关模块. 这里我们要用到两个模块,分别是reqesets和lxml 安装命令pip install requests和pip ...
- [Leetcode]设计循环队列
题目 代码 class MyCircularQueue { public: /** Initialize your data structure here. Set the size of the ...
- cordova第三方插件的创建,修改以及调试指南---真机调试，浏览器调试
cordova使用以及真机调试,浏览器调试 创建插件 点击参考此文-- 超详细手把手教你cordova开发使用指南+自定义插件 插件修改注意事项--很重要 每次对自己代码目录里面任何内容进行修改后 都 ...
- File类获取功能的方法-File类判断功能的方法
File类获取功能的方法 获取功能的方法 public string getAbsolutePath()∶返回此File的绝对路径名字符串. public string getPath() ︰将此Fi ...