• 《Qt-OpenGL系列编程》课程学习记录（10）：冯氏光照模型

    冯氏光照模型的3个主要结构

    环境光(Ambient Lighting)

    用于综合那些细微的不易于处理的“小光照”，将它们的影响合计为一个环境光照常量，因此物体在没有主光源的情况下也存在一些颜色。

    漫反射光(Diffuse Lighting)

    模拟物体对光源的漫反射。

    物体的某一部分越是正对着（越接近90°）光源，就越亮；越是在侧面（越是解决0°）就越暗。

    镜面光照(Specular Lighting)

    模拟物体对光源的镜面反射。镜面光照的颜色相比于物体的颜色会更倾向于光的颜色。

    漫反射光的计算原理

    在0~90度之间的位置的光照亮度在两者之间。

    有一种数学计算能模拟这种情况，即向量的点乘：光线向量和像素点的法线向量做点乘运算。

    镜面反射的计算原理

    只有眼睛在和入射角接近的角度才能看到反射光线（比如现实中看镜子里的物体时要移动位置）。 

    镜面反射光 = 反射光的向量R * 眼睛位置的向量E。

    代码实现

    光源的着色器和上一篇一样：

    1. //顶点着色器light.vert
    2. #version 450 core
    3. layout (location = 0) in vec3 aPos; 
    4. uniform mat4 model; 
    5. uniform mat4 view; 
    6. uniform mat4 projection; 
    7. void main()
    8. {
    9.     gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
    10. }
    1. //片段着色器 light.frag
    2. #version 450 core
    3. out vec4 FragColor;
    4. uniform vec3 lightColor;
    5. void main()
    6. {
    7.     FragColor = vec4(lightColor, 1.0);
    8. }

    被照射物体的着色器：

    1. //顶点着色器 shapes.vert
    2. #version 450 core
    3. layout (location = 0) in vec3 aPos;//顶点坐标
    4. layout (location = 1) in vec3 aNormal;//法线数据
    5.  
    6. out vec3 Normal;
    7. out vec3 FragPos;
    8.  
    9. uniform mat4 model;
    10. uniform mat4 view;
    11. uniform mat4 projection;
    12. void main()
    13. {
    14.     Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;//法线矩阵的公式 处理后得到法向量
    15.     FragPos = vec3(model * vec4(aPos,1.0));
    16.     gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
    17. }
    1. //片段着色器 shapes.frag
    2. #version 450 core
    3. out vec4 FragColor;
    4.  
    5. in vec3 Normal;//法向量
    6. in vec3 FragPos;//顶点
    7.  
    8. uniform vec3 objectColor;
    9. uniform vec3 lightColor;
    10. uniform vec3 lightPos;//光源位置
    11. uniform vec3 viewPos;//摄像机/眼睛位置
    12.  
    13. void main()
    14. {
    15.     // 环境光
    16.     float ambientStrength = 0.1;//环境光强度系数
    17.     vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;//环境光（物体反射的光源的颜色）
    18.     
    19.     // 漫反射
    20.     vec3 norm = normalize(Normal);//法向量归一化
    21.     vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);//顶点到光源的向量
    22.     float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);//法向量 与 顶点到光源的向量 进行点乘
    23.     vec3 diffuse = diff * lightColor;//漫反射光
    24.     
    25.     // 镜面反射
    26.     float specularStrength = 0.5;//镜面反射系数
    27.     vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);//摄像机位置 - 顶点位置
    28.     vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);//光的折射向量
    29.     float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 32);//摄像机 与 反射向量 的点乘
    30.     vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;//镜面反射光
    31.  
    32.     vec3 result = (ambient + diffuse + specular) * objectColor;//总效果
    33.     FragColor = vec4(result, 1.0);
    34. }
    1. #include "widget.h"
    2. #include <QOpenGLShaderProgram>
    3. #include <QTimer>
    4. #include <QTime>
    5.  
    6. static uint VBO, VAO, lightVAO;
    7.  
    8. const float vertices[] = {
    9.      //顶点坐标              法向量（每个面上的点法向量是相同的）
    10.      -0.5f, -0.5f, -0.5f,   0.0f,  0.0f, -1.0f,
    11.       0.5f, -0.5f, -0.5f,   0.0f,  0.0f, -1.0f,
    12.       0.5f,  0.5f, -0.5f,   0.0f,  0.0f, -1.0f,
    13.       0.5f,  0.5f, -0.5f,   0.0f,  0.0f, -1.0f,
    14.      -0.5f,  0.5f, -0.5f,   0.0f,  0.0f, -1.0f,
    15.      -0.5f, -0.5f, -0.5f,   0.0f,  0.0f, -1.0f,
    16.  
    17.      -0.5f, -0.5f,  0.5f,   0.0f,  0.0f,  1.0f,
    18.       0.5f, -0.5f,  0.5f,   0.0f,  0.0f,  1.0f,
    19.       0.5f,  0.5f,  0.5f,   0.0f,  0.0f,  1.0f,
    20.       0.5f,  0.5f,  0.5f,   0.0f,  0.0f,  1.0f,
    21.      -0.5f,  0.5f,  0.5f,   0.0f,  0.0f,  1.0f,
    22.      -0.5f, -0.5f,  0.5f,   0.0f,  0.0f,  1.0f,
    23.  
    24.      -0.5f,  0.5f,  0.5f,   -1.0f,  0.0f,  0.0f,
    25.      -0.5f,  0.5f, -0.5f,   -1.0f,  0.0f,  0.0f,
    26.      -0.5f, -0.5f, -0.5f,   -1.0f,  0.0f,  0.0f,
    27.      -0.5f, -0.5f, -0.5f,   -1.0f,  0.0f,  0.0f,
    28.      -0.5f, -0.5f,  0.5f,   -1.0f,  0.0f,  0.0f,
    29.      -0.5f,  0.5f,  0.5f,   -1.0f,  0.0f,  0.0f,
    30.  
    31.       0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f,  0.0f,  0.0f,
    32.       0.5f,  0.5f, -0.5f,   1.0f,  0.0f,  0.0f,
    33.       0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f,  0.0f,  0.0f,
    34.       0.5f, -0.5f, -0.5f,   1.0f,  0.0f,  0.0f,
    35.       0.5f, -0.5f,  0.5f,   1.0f,  0.0f,  0.0f,
    36.       0.5f,  0.5f,  0.5f,   1.0f,  0.0f,  0.0f,
    37.  
    38.      -0.5f, -0.5f, -0.5f,   0.0f, -1.0f,  0.0f,
    39.       0.5f, -0.5f, -0.5f,   0.0f, -1.0f,  0.0f,
    40.       0.5f, -0.5f,  0.5f,   0.0f, -1.0f,  0.0f,
    41.       0.5f, -0.5f,  0.5f,   0.0f, -1.0f,  0.0f,
    42.      -0.5f, -0.5f,  0.5f,   0.0f, -1.0f,  0.0f,
    43.      -0.5f, -0.5f, -0.5f,   0.0f, -1.0f,  0.0f,
    44.  
    45.      -0.5f,  0.5f, -0.5f,   0.0f,  1.0f,  0.0f,
    46.       0.5f,  0.5f, -0.5f,   0.0f,  1.0f,  0.0f,
    47.       0.5f,  0.5f,  0.5f,   0.0f,  1.0f,  0.0f,
    48.       0.5f,  0.5f,  0.5f,   0.0f,  1.0f,  0.0f,
    49.      -0.5f,  0.5f,  0.5f,   0.0f,  1.0f,  0.0f,
    50.      -0.5f,  0.5f, -0.5f,   0.0f,  1.0f,  0.0f
    51. };
    52.  
    53.  
    54. static const QVector3D lightColor(1.0f, 1.0f, 1.0f);
    55. //static const QVector3D lightColor(0.33f, 0.42f, 0.18f);
    56. static const QVector3D objectColor(1.0f, 0.5f, 0.31f);
    57. static const QVector3D lightPos(1.2f, 1.0f, 2.0f);//光源位置
    58. static const QVector3D viewPos(0.0,0.0,5.0);//摄像机/眼睛位置
    59.  
    60. Widget::Widget(QWidget *parent) : QOpenGLWidget(parent)
    61. {
    62.     auto timer = new QTimer(this);
    63.     connect(timer,&QTimer::timeout,this,[this]{update();});
    64.     timer->start(300);
    65. }
    66.  
    67. Widget::~Widget()
    68. {
    69.     makeCurrent();
    70.     glDeleteBuffers(1,&VBO);
    71.     glDeleteVertexArrays(1,&VAO);
    72.     glDeleteVertexArrays(1,&lightVAO);
    73.     doneCurrent();
    74. }
    75.  
    76. void Widget::initializeGL()
    77. {
    78.     initializeOpenGLFunctions();
    79.  
    80.     glGenVertexArrays(1, &VAO);
    81.     glBindVertexArray(VAO);
    82.  
    83.     glGenBuffers(1, &VBO);
    84.     glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    85.     glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);
    86.  
    87.     {
    88.         glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), nullptr);
    89.         glEnableVertexAttribArray(0);
    90.  
    91.         glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), (void*)(3*sizeof(float)));
    92.         glEnableVertexAttribArray(1);
    93.     }
    94.  
    95.     glGenVertexArrays(1, &lightVAO);
    96.     glBindVertexArray(lightVAO);
    97.  
    98.     {
    99.         glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
    100.         glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 6 * sizeof(float), nullptr);
    101.         glEnableVertexAttribArray(0);
    102.     }
    103.  
    104.     {
    105.         shaderProgram.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Vertex,":/shapes.vert");
    106.         shaderProgram.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Fragment,":/shapes.frag");
    107.         if(!shaderProgram.link())
    108.             qDebug()<<"着色器程序1编译错误信息："<<shaderProgram.log();
    109.         shaderProgram.bind();
    110.         shaderProgram.setUniformValue("objectColor",objectColor);
    111.         shaderProgram.setUniformValue("lightColor",lightColor);
    112.         shaderProgram.setUniformValue("lightPos",lightPos);
    113.         shaderProgram.setUniformValue("viewPos",viewPos);
    114.  
    115.     }
    116.  
    117.     {
    118.         lightShaderProgram.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Vertex,":/light.vert");
    119.         lightShaderProgram.addShaderFromSourceFile(QOpenGLShader::Fragment,":/light.frag");
    120.         if(!lightShaderProgram.link())
    121.             qDebug()<<"着色器程序2编译错误信息："<<lightShaderProgram.log();
    122.         lightShaderProgram.bind();
    123.         lightShaderProgram.setUniformValue("lightColor",lightColor);
    124.     }
    125. }
    126.  
    127. void Widget::paintGL()
    128. {
    129.     glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    130.     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    131.  
    132.     //投影矩阵
    133.     QMatrix4x4 projection;
    134.     projection.perspective(60,  //画面视野的角度 人眼在头部不动的情况下，视野大概为60°
    135.                            (float)width()/height(), //窗口比例
    136.                            0.1f,100);//参数三和四表示距离摄像机多近个多远范围内的物体要被显示。超出这个范围的物体将无法被显示。
    137.  
    138.     //视图矩阵
    139.     QMatrix4x4 view;
    140.     view.setToIdentity();//对矩阵进行单位化，保证所有矩阵运算都会在一个单位矩阵上进行
    141.     view.lookAt(QVector3D(2, 2, 2),     //眼睛的位置
    142.                 QVector3D(0, 0, 0),     //眼睛看的位置
    143.                 QVector3D(0, 1, 0));    //此参数表示方向，相对于眼睛向上的方向。
    144.  
    145.     //模型矩阵
    146.     QMatrix4x4 model;
    147.     model.setToIdentity();
    148.     model.rotate(QTime::currentTime().msec(), 1.0f, 5.0f, 0.5f);//旋转 该矩阵将坐标绕矢量 (x, y, z) 旋转angle度
    149.     model.scale(0.6f);//缩放
    150.  
    151.     {
    152.         shaderProgram.bind();
    153.         shaderProgram.setUniformValue("projection", projection);
    154.         shaderProgram.setUniformValue("model", model);
    155.         shaderProgram.setUniformValue("view", view);
    156.  
    157.         glBindVertexArray(VAO);
    158.         glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,36);
    159.     }
    160.  
    161.     {
    162.         QVector3D lightPos(0.f, 1.0f, -2.0f);
    163.  
    164.         model.setToIdentity();
    165.         model.translate(lightPos);
    166.         model.rotate(1.0, 1.0f, 5.0f, 0.5f);
    167.         model.scale(0.2f);
    168.  
    169.         lightShaderProgram.bind();
    170.         lightShaderProgram.setUniformValue("projection", projection);
    171.         lightShaderProgram.setUniformValue("view", view);
    172.         lightShaderProgram.setUniformValue("model", model);
    173.  
    174.         glBindVertexArray(lightVAO);
    175.         glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,36);
    176.     }
    177. }

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  • 原文地址：https://blog.csdn.net/kenfan1647/article/details/124963796