OpenGL ライティング シーン

開発 2023-06-25 11:27:20 訪問数: null

1 はじめに

私たちが現実に見る物体の色は、その物体が実際に持つ色ではなく、物体が反射した色です。つまり、物体に吸収されない色が、私たちが認識できる物体の色ということになります。

たとえば、太陽光から見える白色光は、実際にはさまざまな色の組み合わせです。青いおもちゃに白い光を当てると、青いおもちゃは白い光の青を除くすべてのサブカラーを吸収し、吸収されなかった青い光が反射して私たちの目に戻ってくるため、おもちゃは青く見えます。

下の画像は、さまざまな強度で複数の色を反射するコーラルレッドのおもちゃを示しています。

OpenGL で光源を作成するとき、光源に色を与えたいので、光源を白に設定します。光源の色とオブジェクトの色の値を乗算すると、オブジェクトによって反射された色 (つまり、私たちが知覚する色) が得られます。これら 2 つのカラー ベクトルをコンポーネントとして乗算し、その結果が最終的なカラー ベクトルになります。

glm::vec3 lightColor(1.0f, 1.0f, 1.0f);
glm::vec3 toyColor(1.0f, 0.5f, 0.31f);
glm::vec3 result = lightColor * toyColor; // = (1.0f, 0.5f, 0.31f);

2. 例

照明シーンを作成する

まずキャストするオブジェクトとしてオブジェクトが必要です。フロントキューブボックスを使用します。3D シーン内の光源の位置を表すオブジェクトも必要です。

#ifndef MYOPENGLWIDGET_H
#define MYOPENGLWIDGET_H
#include <QOpenGLWidget>
#include <QOpenGLFunctions_3_3_Core>
#include <QImage>
#include <QOpenGLShaderProgram>
#include <QVector3D>
#include <QVector>
#include <QKeyEvent>

class MyOpenGLWidget : public QOpenGLWidget,public QOpenGLFunctions_3_3_Core
{
public:
    MyOpenGLWidget(QWidget *parent = nullptr);

protected:
    virtual void initializeGL();
    virtual void paintGL();
    virtual void resizeGL(int w, int h);

    void keyPressEvent(QKeyEvent *event);

private:
    QOpenGLShaderProgram *m_program;

    QOpenGLShaderProgram *m_lightProgram;

    QVector3D cameraPos;
    QVector3D cameraTarget;
    QVector3D cameraDirection;
    QVector3D up;
    QVector3D cameraRight;
    QVector3D cameraUp;
    QVector3D cameraFront;
    float cameraSpeed;
};

#endif // MYOPENGLWIDGET_H



#include "myopenglwidget.h"
#include <QMatrix4x4>
#include <QTime>
#include <QTimer>
#include <math.h>


float vertices[] = {
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 0.0f,

    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,

    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,

     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,

    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f, -0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f, -0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    -0.5f, -0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,

    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f, -0.5f,  1.0f, 1.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
     0.5f,  0.5f,  0.5f,  1.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f,  0.5f,  0.0f, 0.0f,
    -0.5f,  0.5f, -0.5f,  0.0f, 1.0f
};

GLuint indices[] = {
    0, 1, 3,
    1, 2, 3
};

//物体顶点着色器语言
const GLchar* vertexShaderSource = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 position;\n"
"uniform mat4 model;\n"
"uniform mat4 view;\n"
"uniform mat4 projection;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"gl_Position = projection * view * model * vec4(position,1.0);\n"
"}\n\0";

//物体片段着色器语言
const GLchar* fragmentShaderSource = "#version 330 core\n"
"out vec4 color;\n"
"uniform vec3 objColor;\n"
"uniform vec3 lightColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"color = vec4(objColor * lightColor,1.0f);\n"
"}\n\0";

//光源顶点着色器语言
const GLchar* vertexShaderSourceLight = "#version 330 core\n"
"layout (location = 0) in vec3 position;\n"
"uniform mat4 model;\n"
"uniform mat4 view;\n"
"uniform mat4 projection;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"gl_Position = projection * view * model * vec4(position,1.0);\n"
"}\n\0";

//光源片段着色器语言
const GLchar* fragmentShaderSourceLight = "#version 330 core\n"
"out vec4 color;\n"
"uniform vec3 lightColor;\n"
"void main()\n"
"{\n"
"color = vec4(lightColor,1.0f);\n"
"}\n\0";

GLuint VBO, VAO,EBO,lightVAO;
GLuint shaderProgram;

QVector3D lightPos(1.2f,1.0f,2.0f);
QVector3D lightColor(1.0f,1.0f,1.0f);
QVector3D objectColor(1.0f,0.5f,0.31f);

QTimer *timer;
QTime gtime;

QVector<QVector3D> cubePositions = {
  QVector3D( 0.0f,  0.0f,  0.0f),
  QVector3D( 2.0f,  5.0f, -15.0f),
  QVector3D(-1.5f, -2.2f, -2.5f),
  QVector3D(-3.8f, -2.0f, -12.3f),
  QVector3D( 2.4f, -0.4f, -3.5f),
  QVector3D(-1.7f,  3.0f, -7.5f),
  QVector3D( 1.3f, -2.0f, -2.5f),
  QVector3D( 1.5f,  2.0f, -2.5f),
  QVector3D( 1.5f,  0.2f, -1.5f),
  QVector3D(-1.3f,  1.0f, -1.5f)
};

float fov = 45.0f;

MyOpenGLWidget::MyOpenGLWidget(QWidget *parent)
    : QOpenGLWidget(parent)
{
    cameraPos = QVector3D( 0.0f,  0.0f,  5.0f);//摄像机位置
    cameraTarget = QVector3D( 0.0f,  0.0f,  0.0f);//摄像机看到的位置
    cameraDirection = QVector3D(cameraPos - cameraTarget);//摄像机的方向
    cameraDirection.normalize();

    up = QVector3D(0.0f,  1.0f,  0.0f);
    cameraRight = QVector3D::crossProduct(up,cameraDirection);//两个向量叉乘的结果会同时垂直于两向量，因此我们会得到指向x轴正方向的那个向量
    cameraRight.normalize();

    cameraUp = QVector3D::crossProduct(cameraDirection,cameraRight);
    cameraFront = QVector3D( 0.0f,  0.0f,  -1.0f);

    timer = new QTimer();
    timer->start(50);
    gtime.start();
    connect(timer,&QTimer::timeout,[=]{
        update();
    });

    setFocusPolicy(Qt::StrongFocus);
}

void MyOpenGLWidget::initializeGL()
{
    initializeOpenGLFunctions();

    //物体的着色器程序
    m_program = new QOpenGLShaderProgram();
    m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex,vertexShaderSource);
    m_program->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment,fragmentShaderSource);
    m_program->link();

    //光源着色器程序
    m_lightProgram = new QOpenGLShaderProgram();
    m_lightProgram->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Vertex,vertexShaderSourceLight);
    m_lightProgram->addShaderFromSourceCode(QOpenGLShader::Fragment,fragmentShaderSourceLight);
    m_lightProgram->link();

    //物体VAO VBO
    glGenVertexArrays(1, &VAO);
    glGenBuffers(1, &VBO);

    glBindVertexArray(VAO);//绑定VAO
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);//顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);//把顶点数据复制到缓冲的内存中GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变。

    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);

    glGenBuffers(1, &EBO);
    glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
    glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, sizeof(indices), indices, GL_STATIC_DRAW);

    glBindVertexArray(0);//解绑VAO

    //光源VAO VBO
    glGenVertexArrays(1, &lightVAO);
    glBindVertexArray(lightVAO);//绑定VAO
    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);//顶点缓冲对象的缓冲类型是GL_ARRAY_BUFFER
    glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, sizeof(vertices), vertices, GL_STATIC_DRAW);//把顶点数据复制到缓冲的内存中GL_STATIC_DRAW ：数据不会或几乎不会改变。

    glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 5 * sizeof(GLfloat), (GLvoid*)0);
    glEnableVertexAttribArray(0);

    glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, 0);
    glBindVertexArray(0);//解绑VAO

    //设置物体和光照颜色
    m_program->bind();
    m_program->setUniformValue("objColor",objectColor);
    m_program->setUniformValue("lightColor",lightColor);

    //设置光照颜色
    m_lightProgram->bind();
    m_lightProgram->setUniformValue("lightColor",lightColor);
}

void MyOpenGLWidget::paintGL()
{
    glClearColor(0.2f,0.3f,0.3f,1.0f);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    QMatrix4x4 model;
    QMatrix4x4 view;
    float time = gtime.elapsed()/50.0;

    QMatrix4x4 projection;
    projection.perspective(fov,(float)( width())/(height()),0.1,100);

    view.lookAt(cameraPos,cameraPos + cameraFront,up);

    m_program->bind();
    m_program->setUniformValue("projection",projection);
    m_program->setUniformValue("view",view);

    glBindVertexArray(VAO);//绑定VAO

    model.rotate(time,1.0f,5.0f,0.5f);
    m_program->setUniformValue("model",model);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,36);

    glBindVertexArray(0);

    m_lightProgram->bind();
    m_lightProgram->setUniformValue("projection",projection);
    m_lightProgram->setUniformValue("view",view);

    model.setToIdentity();
    model.translate(lightPos);//平移
    model.rotate(1.0f,1.0f,5.0f,0.5f);//旋转
    model.scale(0.2);//缩放

    m_lightProgram->setUniformValue("model",model);

    glBindVertexArray(lightVAO);//绑定VAO
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,36);

    glBindVertexArray(0);
}

void MyOpenGLWidget::resizeGL(int w, int h)
{

}

void MyOpenGLWidget::keyPressEvent(QKeyEvent *event)
{
    qDebug()<<event->key();
    cameraSpeed = 2.5 * 100 / 1000.0;
    switch (event->key()) {
    case Qt::Key_W:{
        cameraPos += cameraSpeed * cameraFront;
    }
        break;
    case Qt::Key_S:{
        cameraPos -= cameraSpeed * cameraFront;
    }
        break;
    case Qt::Key_A:{
        cameraPos -= cameraSpeed * cameraRight;
    }
        break;
    case Qt::Key_D:{
        cameraPos += cameraSpeed * cameraRight;
    }
        break;
    default:
        break;

    }
    update();
}

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転載: blog.csdn.net/wzz953200463/article/details/131138971
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