Освещение очень важно для правильного отображения трёхмерных объектов. Например, без освещения сфера будет выглядеть как круг, а цилиндр как прямоугольник. Чтобы использовать освещение нужно обязательно включить его командой glEnable(GL10.GL_LIGHTING), иначе все источники света будут игнорированы. В OpenGL ES допускается одновременно использовать восемь источников света, которые пронумерованы специальными параметрами состояния GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_LIGHT1, GL10.GL_LIGHT2, и.т.д. до GL10.GL_LIGHT7. Чтобы включить источник света нужно вызвать команду glEnable(номер источника света). Например, чтобы включить первый источник света вводим glEnable(GL10.GL_LIGHT1). По умолчанию включен источник света GL10.GL_LIGHT0. Аналогично можно выключить источник света командой glDisable(номер источника света). Каждый источник света имеет свои атрибуты, которые настраиваются независимо от других источников.
Важнейшим из атрибутов источника являются его координаты в пространстве, которые устанавливаются следующей командой:
gl.glLightfv(номер источника, GL10.GL_POSITION, буфер координат источника);
Продемонстрируем это на примере. Например, нам требуется установить источник c номером GL10.GL_LIGHT0 в точку с координатами X=1, Y=1, Z=1. Сначала подготовим буфер для координат источника света длиной в 16 байт:
ByteBuffer bb = ByteBuffer.allocateDirect(16);
bb.order(ByteOrder.nativeOrder());
positionlightBuffer = bb.asFloatBuffer();
bb.order(ByteOrder.nativeOrder());
positionlightBuffer = bb.asFloatBuffer();
Почему 16 байт ? Для источника света достаточно трёх координат, каждая из которых занимает 4 байта. Однако, у источника света есть четвертая координата W, которую мы рассматривать не будем и примем равной нулю. Далее создаём массив с координатами и записываем его в буфер:
float [] positionlightArray={1,1,1};
positionlightBuffer.position(0);
positionlightBuffer.put(positionlightArray);
positionlightBuffer.position(0);
positionlightBuffer.put(positionlightArray);
positionlightBuffer.position(0);
Буфер координат источника света передаем в OpenGL:
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, positionlightBuffer);
Свет, излучаемый источником, содержит в себе три составляющие-фоновую (ambient), рассеянную (diffuse), зеркальную (specular).
Фоновая составляющая освещает трёхмерные объекты одинаково со всех сторон. Фоновый свет отражается во все стороны с одинаковой интенсивностью. Яркость фонового излучения не зависит от ориентации освещаемой поверхности и не зависит от положения глаза наблюдателя и как следствие, одинакова для всех поверхностей.
Рассеянный свет, падая на поверхность, отражается от неё во всех направлениях. Яркость отраженного рассеянного света зависит от ориентации поверхности по отношению к источнику света. В зависимости от направления нормали поверхность может казаться более или менее яркой. Однако, яркость рассеянного света не зависит от положения глаза наблюдателя, т.к. отражение рассеянной составляющей происходит с одинаковой интенсивностью во все стороны.
Зеркальная составляющая отражается от поверхности преимущественно в одном направлении, которое определяется законом отражения. Поэтому её яркость зависит как от ориентации поверхности по отношению к источнику света, так и от положения глаза наблюдателя.
Для каждой составляющей света задаются отдельно четыре компоненты: красная, зелёная, синяя и альфа. Каждая компонента спектра может иметь собственную яркость. Спектральные компоненты источника света передаются в OpenGL при помощи команды:
gl.glLightfv(номер источника света, составляющая света, буфер цветов);
Приведу пример:
// Создадим массивы и буферы для хранения цветов источника света// Запишем спектральные компоненты в буферы
// цвета фоновой составляющей света
float [] ambientlightArray={0.5f, 0.5f, 0.5f, 1};
FloatBuffer ambientlightBuffer;
ByteBuffer b1 = ByteBuffer.allocateDirect(16);
b1.order(ByteOrder.nativeOrder());
ambientlightBuffer = b1.asFloatBuffer();
ambientlightBuffer.position(0);
ambientlightBuffer.put(ambientlightArray);
ambientlightBuffer.position(0);
// цвета рассеянной составляющей света
float [] diffuselightArray={0.8f, 0.8f, 0.8f, 1};
FloatBuffer diffuselightBuffer;
ByteBuffer b2 = ByteBuffer.allocateDirect(16);
b2.order(ByteOrder.nativeOrder());
diffuselightBuffer = b2.asFloatBuffer();
diffuselightBuffer.position(0);
diffuselightBuffer.put(diffuselightArray);
diffuselightBuffer.position(0);
// цвета зеркальной составляющей света
float [] specularlightArray={0.8f, 0.8f, 0.8f, 1};
FloatBuffer specularlightBuffer;
ByteBuffer b3 = ByteBuffer.allocateDirect(4 * 4);
b3.order(ByteOrder.nativeOrder());
specularlightBuffer = b3.asFloatBuffer();
specularlightBuffer.position(0);
specularlightBuffer.put(specularlightArray);
specularlightBuffer.position(0);
b3.order(ByteOrder.nativeOrder());
specularlightBuffer = b3.asFloatBuffer();
specularlightBuffer.position(0);
specularlightBuffer.put(specularlightArray);
specularlightBuffer.position(0);
Теперь передадим цвета в OpenGL:
// цвета фоновой составляющей света
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, ambientlightBuffer);
// цвета рассеянной составляющей света
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, diffuselightBuffer);
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, diffuselightBuffer);
// цвета зеркальной составляющей света
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, specularlightBuffer);
ByteBuffer b1 = ByteBuffer.allocateDirect(16);
b1.order(ByteOrder.nativeOrder());
ambientmaterialBuffer = b1.asFloatBuffer();
ambientmaterialBuffer.put(ambientmaterial);
ambientmaterialBuffer.position(0);
gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, specularlightBuffer);
Цвета источника света установлены. Их нужно рассматривать как способность источника света излучать фоновую, рассеянную и зеркальную составляющую света какой-либо цветовой гаммы. Способность отражать ту или иную составляющую света относится к свойствам материала, из которого сделана поверхность. Способность излучать и способность отражать разные свойства. Например, источник света может излучать рассеянную составляющую зеленого цвета с максимальной яркостью, равной 1. Однако, поверхность может быть сделана из такого материала, который вообще не отражает зелёный цвет. В этом случае, зелёный цвет не дойдёт до нашего глаза. Поэтому в OpenGL вводится понятие материала и задаются ряд его свойств связанных с отражением света, которые аналогичны свойствам источника света. Задаются они командой glMaterialfv. Формат команды такой:
gl.glMaterialfv(освещаемая поверхность, составляющая света, буфер);
Первый параметр принимает следующие значения:
GL10.GL_FRONT_AND_BACK - команда применяется для обратной и лицевой стороны поверхности,
GL10.GL_FRONT - команда применяется только для лицевой стороны поверхности,
GL10.GL_BACK - команда применяется только для обратной стороны поверхности.
Второй параметр определяет составляющую света:
GL10.GL_AMBIENT - команда применяется для отраженного поверхностью фонового света,
GL10.GL_DIFFUSE - команда применяется для отраженного поверхностью рассеянного света,
GL10.GL_SPECULAR - команда применяется для отраженного поверхностью зеркального света.
Третий параметр - это буфер в котором содержатся компоненты цветовой гаммы, т.е.яркость красной, зелёной и синей компоненты отраженного света, а также альфа-компонента, т.е степень непрозрачности материала. Применение команды glMaterialfv покажу на примере:
// массивы для хранения цветов материала
// цвета фонового освещения
float [] ambientmaterial={0.2f, 0.2f, 0.2f, 1f};
// цвета рассеянного света
float [] diffusematerial={0.8f, 0.8f, 0.8f, 1f};
// цвета зеркального света
float [] specularmaterial={0.5f, 0.5f, 0.5f,1f};
// массивы для хранения цветов материала
// цвета фонового освещения
float [] ambientmaterial={0.2f, 0.2f, 0.2f, 1f};
// цвета рассеянного света
float [] diffusematerial={0.8f, 0.8f, 0.8f, 1f};
// цвета зеркального света
float [] specularmaterial={0.5f, 0.5f, 0.5f,1f};
// соответствующие им буферы цветов материала
private FloatBuffer ambientmaterialBuffer,diffusematerialBuffer,specularmaterialBuffer;
private FloatBuffer ambientmaterialBuffer,diffusematerialBuffer,specularmaterialBuffer;
b1.order(ByteOrder.nativeOrder());
ambientmaterialBuffer = b1.asFloatBuffer();
ambientmaterialBuffer.put(ambientmaterial);
ambientmaterialBuffer.position(0);
ByteBuffer b2 = ByteBuffer.allocateDirect(16);
b2.order(ByteOrder.nativeOrder());
diffusematerialBuffer = b2.asFloatBuffer();
diffusematerialBuffer.put(diffusematerial);
diffusematerialBuffer.position(0);
ByteBuffer b3 = ByteBuffer.allocateDirect(16);
b3.order(ByteOrder.nativeOrder());
specularmaterialBuffer = b3.asFloatBuffer();
specularmaterialBuffer.put(specularmaterial);
specularmaterialBuffer.position(0);
// передаем данные о цветах материала в OpenGL
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, ambientmaterialBuffer);
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, diffusematerialBuffer);
gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, specularmaterialBuffer);
С зеркальной составляющей тесно связано понятие блеска. Чем больше блеск, тем меньше размер отраженного "зайчика" и тем больше его яркость. Показатель блеска может меняться от 0 до 128. Блеск действует только на зеркальную составляющую и управляется командой:
gl.glMaterialf(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SHININESS, shine);
где shine - число от 1 до 128.
Если включено освещение собственные цвета вершин игнорируются. Чтобы в режиме освещения включить цвета вершин нужно выполнить команду:
gl.glEnable(GL10.GL_COLOR_MATERIAL);
Однако, при этом исчезнет эффект освещения. Совмещение собственных цветов вершин и цветов отраженного материалом света в OpenGL ES не выполняется. Если нужно вернуться от отображения цветов вершин в режим освещения выполняем команду:
gl.glDisable(GL10.GL_COLOR_MATERIAL);
gl.glLightModelx(GL10.GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL10.GL_TRUE);
// освещается только лицевая сторона
gl.glLightModelx(GL10.GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL10.GL_FALSE);
Мы можем выбрать модель освещения, при которой освещена будет только лицевая сторона полигона, либо другую модель, в которой освещены обе стороны - лицевая и обратная. Установка модели производится командами:
// освещаются обе стороны полигонаgl.glLightModelx(GL10.GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL10.GL_TRUE);
// освещается только лицевая сторона
gl.glLightModelx(GL10.GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL10.GL_FALSE);
Спасибо, очень полезная статья. Скажите пожалуйста, возможно ли организовать взаимодействие цвета и света? То есть возможно ли задать цвета вершин, чтобы при этом они реагировали на освещение?
ОтветитьУдалитьВ OpenGL ES 1.0 совместить собственные цвета вершин и освещение невозможно. В OpenGL ES 2.0 это делается в шейдерах.
УдалитьЕсли при включенном освещении цвета вершин игнорируются, то как же задать цвет объекта?
ОтветитьУдалитьВ этом случае цвет объекта можно задать, наложив на него текстуру. OpenGL ES 1.0 устарел. Лучше переходите на изучение OpenGL ES 2.0 последовательно по урокам. В шейдерах комбинировать цвета можно как угодно.
Удалить