QT+OpenGL光照

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颜色

现实生活中看到的物体的颜色并不是这个物体真正拥有的颜色，而是它所反射的颜色

太阳光能被看见的白光是多找演的的组合

颜色的数据化的由红色，绿色和蓝色三个分量组成，他们通常被缩写为RGB

例如：珊瑚红色

QVector3D color(1.0f, 0.5f, 0.31f);

上图颜色的代码展示

// 灯光颜色
QVector3D lightColor(1.0f, 1.0f, 1.0f);
// 珊瑚红色
QVector3D toyColor(1.0f, 0.5f, 0.31f);
QVector3D result = lightColor * toyColor; // 分量相乘，不是点乘也不是叉乘

代码展示：

light.frag

#version 330 core
out vec4 FragColor;
uniform vec3 lightColor;
void main()
{
    FragColor = vec4(lightColor, 1.0);
}

light.vert

#version 330 core
layout (location = 0) in vec3 aPos;
layout (location = 1) in vec3 aTexCord;

uniform mat4 model;
uniform mat4 view;
uniform mat4 projection;

void main()
{
    gl_Position = projection * view * model * vec4(aPos, 1.0);
}

void TurboOpenGLWidget::paintGL()
{
    QMatrix4x4 model;
    QMatrix4x4 view;
    float time = m_time.elapsed() / 50.0;
    model.rotate(time, 1.0f, 5.0f, 0.0f);
    glClearColor(0.2f, 0.3f, 0.3f, 1.0f);
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
    shader_program_.bind();

    glBindVertexArray(VAO);

    QMatrix4x4 projection;
    projection.perspective(camera_.getZoom(), float(width() / height()), 0.1, 100);
    shader_program_.setUniformValue("projection", projection);
    view = camera_.getViewMatrix();

    switch(shape_)
    {
        case Rect:
            shader_program_.setUniformValue("model", model);
            shader_program_.setUniformValue("view", view);
            for(const auto &item: cubePositions)
            {
                model.setToIdentity();
                model.translate(item);
                model.rotate(time, 1.0, 5.0, 0.5);
                shader_program_.setUniformValue("model", model);

                glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,36);
            }
            break;
    }
    glBindVertexArray(0);
    glBindVertexArray(lightVAO);
    light_shader_program_.bind();
    light_shader_program_.setUniformValue("projection", projection);
    light_shader_program_.setUniformValue("model", model);
    light_shader_program_.setUniformValue("view", view);
    model.setToIdentity();
    model.translate(lightPos);
    model.rotate(1.0, 1.0, 5.0, 0.5);
    model.scale(0.2);
    light_shader_program_.setUniformValue("model", model);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,36);
    update();
}

效果展示

冯氏光照模型

冯氏光照模型的主要结构有三个：

• 环境光（ambient）
  • 即使在黑暗情况下，通常也仍然有一些光亮
• 漫反射（diffuse）
  • 模拟光源对物体的方向性影响
• 镜面反射（specular）
  • 模拟有光泽物体表面上出现的亮点

$$I_{phong}=k_a\cdot I_{ambient}+\sum _{i=1}^{numLights}{I}_i\cdot (k_d({\hat{L}}_i\cdot \hat{N})+k_s\cdot ({\hat{R}}_i\cdot \hat{V}{)}^{n^{shiny}})$$

其中$k_a{k}_d{k}_s$是系数

环境光代码：

#version 330 core
out vec4 FragColor;
uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;
void main()
{
    float ambientStrength = 0.2;
    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;
    vec3 result = ambient * objectColor;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

向上面代码，如果我们只有环境光，会是如下效果，并不是完全黑的。

漫反射代码：

计算漫反射光照需要：

• 法向量：一个垂直于顶点表面的向量
• 定向的光线：作为光源的位置与片段的位置之间的向量差的方向向量；为了计算这个光线，我们需要光的位置向量和片段的位置向量

片段着色器：

#version 330 core
out vec4 FragColor;

uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;
uniform vec3 lightPos;

in vec3 Normal;
in vec3 fragPos;

void main()
{
    // ambient
    float ambientStrength = 0.1;
    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;

    // diffuse
    vec3 norm = normalize(Normal);
    vec3 lightDir = normalize(lightPos - fragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
    vec3 diffuse = diff + lightColor;

    vec3 result = (ambient + diffuse)  * objectColor;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

镜面反射代码：

片段着色器：

#version 330 core
out vec4 FragColor;

uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;
uniform vec3 lightPos;
uniform vec3 viewPos;

in vec3 Normal;
in vec3 fragPos;

void main()
{
    // ambient
    float ambientStrength = 0.1;
    vec3 ambient = ambientStrength * lightColor;

    // diffuse
    vec3 norm = normalize(Normal);
    vec3 lightDir = normalize(lightPos - fragPos);
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
    vec3 diffuse = diff * lightColor;

    // specular
    float specularStrength = 0.5;
    vec3 viewDir = normalize(viewPos - fragPos);
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), 32);
    vec3 specular = specularStrength * spec * lightColor;

    vec3 result = (ambient + diffuse + specular)  * objectColor;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
}

法向量

• 如果模型矩阵执行了不等比例的缩放，顶点的改变导致法向量不再垂直与表面。

• 修复这个行为的诀窍是使用一个为法向量专门定制的模型矩阵。这个矩阵称之为法线矩阵

Normal = mat3(transpose(inverse(model))) * aNormal;