光線跟蹤算法

光線跟蹤算法第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題一、影響光照效果的因素？問(wèn)題二、OPENGL光線跟蹤函數(shù)的函數(shù)？問(wèn)題三、光線跟蹤實(shí)現(xiàn)的基本步驟？第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日一、OPENGL中影響光照效果的因素？1、光源光的種類(lèi)：環(huán)境光：light_ambient散射光：light_diffuse鏡面光：light_specular光源的分類(lèi)：方向性光源：無(wú)限遠(yuǎn)，所有光線是平行的位置性光源：位置決定場(chǎng)景中的效果區(qū)別：GLfloatlight_position[]中的第四個(gè)參數(shù)第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2、材料屬性材料的環(huán)境顏色：GL_AMBIENT材料的散射顏色：GL_DIFFUSE材料的鏡面顏色：GL_SPECULAR材料的鏡面指數(shù)：GL_SHININESS材料的發(fā)射顏色：GL_EMISSION第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日問(wèn)題二、OPENGL光線跟蹤函數(shù)的函數(shù)？光源：voidglLight{if}(GLenumlight,GLenumpname,TYPEparam);voidglLight{if}v(GLenumlight,GLenumpname,TYPE*param);Light：指定光源pname：光源屬性param：屬性值材料屬性：voidglMaterial{if}(GLenumface,GLenumpname,TYPEparam);voidglMaterial{if}v(GLenumface,GLenumpname,TYPE*param);Face：那個(gè)面受光照

pname：光源屬性param：屬性值第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日問(wèn)題三、光線跟蹤實(shí)現(xiàn)的基本步驟？一、創(chuàng)建光源二、選擇光照模型三、定義材料屬性有了這些知識(shí)，我們就可以進(jìn)行第一個(gè)簡(jiǎn)單的多光源實(shí)驗(yàn)。第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日靜止多光源實(shí)現(xiàn)自己的工作：按照光線跟蹤實(shí)現(xiàn)的步驟進(jìn)行。設(shè)置光源參數(shù)，衰減因子，聚光燈參數(shù)，材料屬性參數(shù)，調(diào)用glLightfv，glMaterialfv，glEnable等函數(shù)進(jìn)行設(shè)置。已有的：實(shí)現(xiàn)靜態(tài)光源顯示voidreshape(intw,inth)voiddisplay(void)第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日創(chuàng)建光源1、設(shè)置光源參數(shù)方向性光源，環(huán)境光顏色為藍(lán)色GLfloatlight_ambient[]={0.0,0.0,1.0,1.0};GLfloatlight_diffuse[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatlight_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatlight_position[]={1.0,1.0,1.0,0.0};位置性光源，環(huán)境光和散射光顏色為紅色GLfloatlight1_ambient[]={1.0,0.0,0.0,1.0};GLfloatlight1_diffuse[]={1.0,0.0,0.0,1.0};GLfloatlight1_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatlight1_position[]={0.0,2.0,2.0,1.0};第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日2、衰減因子定義衰減因子目的：增強(qiáng)真實(shí)效果glLightf(GL_LIGHT0,GL_CONSTANT_ATTENUATION,2.0);glLightf(GL_LIGHT0,GL_LINEAR_ATTENUATION,1.0);glLightf(GL_LIGHT0,GL_QUADRATIC_ATTENUATION,0.5);glLightf(GL_LIGHT1,GL_CONSTANT_ATTENUATION,1.5);glLightf(GL_LIGHT1,GL_LINEAR_ATTENUATION,0.5);glLightf(GL_LIGHT1,GL_QUADRATIC_ATTENUATION,0.2);三個(gè)參數(shù)的默認(rèn)值為1，0，0第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日3，聚光燈參數(shù)光源LIGHT1GLfloatspot_direction[]={1.0,-1.0,-1.0};glLightfv(GL_LIGHT1,GL_SPOT_DIRECTION,spot_direction);glLightf(GL_LIGHT1,GL_SPOT_CUTOFF,45.0);//默認(rèn)值180glLightf(GL_LIGHT1,GL_SPOT_EXPONENT,5.0);//用于控制光的集中度，越高強(qiáng)度越集中第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日4，glLightfv的調(diào)用

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_ambient);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,light_specular);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,light_position);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_AMBIENT,light1_ambient);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_DIFFUSE,light1_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_SPECULAR,light1_specular);glLightfv(GL_LIGHT1,GL_POSITION,light1_position);第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日5，glEnable的調(diào)用作用：?jiǎn)⒂霉庠?/p>

glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_LIGHT0);glEnable(GL_LIGHT1);第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日6，光源保持靜止voidreshape(intw,inth){glViewport(0,0,(GLsizei)w,(GLsizei)h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();if(w<=h)glOrtho(-1.5,1.5,1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w,1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w,-10.0,10.0);elseglOrtho(-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,-1.5,1.5,-10.0,10.0);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();}首先確定視口和投影矩陣，接著在模型視圖矩陣中加載單位矩陣，然后再設(shè)置光源。由于使用單位陣，乘模型視圖矩陣之后原來(lái)制定的光源位置并沒(méi)有發(fā)生變化。第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日選擇光照模型靜態(tài)多光源實(shí)現(xiàn)過(guò)程中使用默認(rèn)設(shè)置：即觀察者位于無(wú)窮遠(yuǎn)且只有一面接受光照

glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,mat_shininess);glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER,GL_FALSE);第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日定義材料屬性材料屬性值設(shè)置GLfloatmat_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatmat_shininess[]={50.0};glMaterialfv的調(diào)用glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,mat_shininess);第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日display()函數(shù)voiddisplay(void){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);//清空緩沖區(qū)

glutSolidSphere(1.0,20,16);//畫(huà)圓,半徑為1.0glFlush();//保證繪圖命令被實(shí)際執(zhí)行}第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日效果展示屏蔽位置性光源只有方向性光源第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日屏蔽方向性光源只有位置性光源第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日靜止多光源第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日材料屬性對(duì)光照效果的影響遇到的問(wèn)題：如何將不同的材料屬性賦予不同的球體？第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日如何將不同的材料屬性賦予不同的球體？猜測(cè)可以通過(guò)調(diào)用glTranslatef()來(lái)實(shí)現(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)：

glPushMatrix();glTranslatef();glMaterialfv();glutSolidSphere();glPopMatrix();第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日創(chuàng)建光源//環(huán)境光，散射光和鏡面光參數(shù)GLfloatlight_ambient[]={0.0,0.0,1.0,1.0};GLfloatlight_diffuse[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatlight_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatlight_position[]={1.0,1.0,1.0,0.0};//glLightfv的調(diào)用glLightfv(GL_LIGHT0,GL_AMBIENT,light_ambient);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_DIFFUSE,light_diffuse);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_SPECULAR,light_specular);glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,light_position);//glEnable的調(diào)用glEnable(GL_DEPTH_TEST);glEnable(GL_LIGHTING);glEnable(GL_LIGHT0);第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

材料屬性值設(shè)置

GLfloatno_mat[]={0.0,0.0,0.0,1.0};GLfloatmat_ambient[]={0.7,0.7,0.7,1.0};GLfloatmat_diffuse[]={0.1,0.5,0.8,1.0};GLfloatmat_specular[]={1.0,1.0,1.0,1.0};GLfloatno_shininess[]={0.0};GLfloatlow_shininess[]={5.0};GLfloathigh_shininess[]={100.0};GLfloatmat_emission[]={0.3,0.2,0.2,0.0};第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日glMaterialfv的調(diào)用

第一個(gè)球：只有散射顏色和發(fā)射顏色

glPushMatrix();glTranslatef(-1.0,-0.5,-2.0);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,no_mat);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,no_mat);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,no_shininess);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_EMISSION,mat_emission);glutSolidSphere(1.0,16,16);//繪制小球

glPopMatrix();第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日第二個(gè)球：只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)低

glPushMatrix();glTranslatef(0.0,-0.5,-3.0);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,no_mat);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,low_shininess);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_EMISSION,no_mat);glutSolidSphere(1.0,16,16);glPopMatrix();第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日第三個(gè)球：只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)為高

glPushMatrix();glTranslatef(1.0,-0.5,-4.0);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_AMBIENT,no_mat);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_DIFFUSE,mat_diffuse);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SPECULAR,mat_specular);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_SHININESS,high_shininess);glMaterialfv(GL_FRONT,GL_EMISSION,no_mat);glutSolidSphere(1.0,16,16);glPopMatrix();第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日靜態(tài)光源控制voidreshape(intw,inth){glViewport(0,0,(GLsizei)w,(GLsizei)h);glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();if(w<=h)glOrtho(-1.5,1.5,-1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w,1.5*(GLfloat)h/(GLfloat)w,-10.0,10.0);elseglOrtho(-1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,1.5*(GLfloat)w/(GLfloat)h,-1.5,1.5,-10.0,10.0);glMatrixMode(GL_MODELVIEW);glLoadIdentity();}第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日效果展示第一個(gè)小球只有散射顏色和發(fā)射顏色第二個(gè)小球只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)低

第三個(gè)小球只有散射顏色和鏡面顏色，且鏡面指數(shù)為高第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日動(dòng)態(tài)光源實(shí)現(xiàn)采用什么方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光源？通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)產(chǎn)生鼠標(biāo)事件，進(jìn)而移動(dòng)光源第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日鼠標(biāo)事件函數(shù)，目的通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)控制旋轉(zhuǎn)voidmouse(intbutton,intstate,intx,inty){switch(button) {caseGLUT_LEFT_BUTTON:if(state==GLUT_DOWN) {spin=(spin+30)%360;//全局變量spin的控制

glutPostRedisplay(); }break;default:break; }}第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

voiddisplay3(void)//模型和視圖變換{GLfloatposition[]={0.0,0.0,1.5,1.0};glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);glPushMatrix();glTranslatef(0.0,0.0,-5.0);glPushMatrix();glRotated((GLdouble)spin,1.0,0.0,0.0);//全局變量spin初值為0，通過(guò)鼠標(biāo)事件改變它的值，進(jìn)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)

glLightfv(GL_LIGHT0,GL_POSITION,position);glTranslated(0.0,0.0,1.5);glDisable(GL_LIGHTING);glColor3f(0.0,1.0,1.0);glutWireCube(0.1);//繪制立方體函數(shù)，目的是為了更好的顯示效果

glEnable(GL_LIGHTING);glPopMatrix(); glutSolidSphere(1.0,20,16);//繪制圓

glPopMatrix();glFlush();}第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日voidreshape3(intw,inth)//投影和視口變換{glViewport(0,0,(GLsizei)w,(GLsizei)h);//作用調(diào)整繪圖像素矩陣，使它占據(jù)整個(gè)窗口

glMatrixMode(GL_PROJECTION);//表示吧當(dāng)前矩陣指定用于投影變換，后續(xù)的變換調(diào)用影響的是投影矩陣

glLoadIdentity();//對(duì)當(dāng)前矩陣進(jìn)行初始化

gluPerspective(40.0,(GLfloat)w/(GLfloat)h,1.0,20.0);/*voidgluPerspective(GLdoublefovy,GLdoubleaspect,GLdoublenear,GLdoublefar);

創(chuàng)建一個(gè)表示對(duì)稱(chēng)透視視圖憑借頭體的矩陣，并把它與當(dāng)前矩陣相乘

fovyyz平面上視野的角度，它的值必須在[0.0,180.0].aspect是這個(gè)平截頭體的縱橫比，即寬度除高度

nearandfar觀察點(diǎn)與近側(cè)剪裁平面及遠(yuǎn)側(cè)裁剪平面的距離，值為正數(shù)*/glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//以后變換影響的是模型視圖矩陣

glLoadIdentity();//對(duì)當(dāng)前矩陣進(jìn)行初始化}第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日效果展示光源在上面時(shí)第三十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日光源在下側(cè)時(shí)第三十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，2022年，8月28日

main()的實(shí)現(xiàn)

intmain(intargc,char**argv){//初始化

glutInit(&argc,argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE|GLUT_RGB|GLUT_DEPTH);glutInitWind