Android OpenGL加入光照和材料属性

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在上一篇文章【 Android OpenGL显示随意3D模型文件 】中。我们学习了怎样读取并显示STL格式的3D文件，可是，最后。看到的并没有加入光照效果。导致尽管模型在旋转，可是我们看到的画面却像一个平面。今天我们開始学习怎样给模型加入灯照效果，以及怎样为模型加入材料属性，使得终于看到的旋转模型真正为3D效果。首先。看看终于效果，例如以下图所示：

1 光照效果

由于我们所做的立体效果是依据真实世界原理来计算的，所以非常有必要去了解在现实世界中。我们所示一个物体有哪些光。

1.1 真实世界中的光照

我们知道，在黑暗中，当我们将手电筒对准某个物体时。我们所示该物体的“亮度”有3种：

例如以下图所示（图片出自www.guidebee.info）：

从上图中也能够看出，光源的位置也会影响到我们所示终于画面。

显然，我们仅仅需控制好光源位置、镜面反射颜色、漫反射颜色、环境光颜色这四个參数，就能够做到了。

1.2 Android OpenGL相关API

1.2.1 光源 GL10.GL_LIGHT0

0号光源，该光源的默认颜色为白色，即RGBA为（1.0,1.0,1.0,1.0）。漫反射和镜面反射也为白色。相似的，还有其它光源如GL10.GL_LIGHT1，系统提供了0~7共8种光源。其它的光源默觉得黑色，即RGBA为（0.0,0.0,0.0,1.0）.

开启光源也非常easy：

//启用光照功能

gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);

//开启0号灯

gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);

1.2.2 设置各种反射光颜色

一旦开启了光照功能，就能够通过glLightfv函数来指定各种反射光的颜色了，glLightfv函数例如以下：

public void glLightfv(int light,int pname, FloatBuffer params)

public void glLightfv(int light,int pname,float[] params,int offset)

public void glLightf(int light,int pname,float param)

当中，

指定光源的位置的參数为GL_POSITION,位置的值为(x,y,z,w)，假设是平行光则将w 设为0，此时。(x,y,z)为平行光的方向：

1.3 代码实现

在上一篇的基础上，直接改动GLRenderer.java文件。加入一个openLight函数：

public void openLight(GL10 gl) {

    gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);

    gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);

    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(ambient));

    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(diffuse));

    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(specular));

    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, Util.floatToBuffer(lightPosition));

}

另外，分别加入我们设定的各种反射光的颜色：

float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f,};

float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f,};

float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,};

float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f,};

最后，在onSurfaceCreated函数里面调用一下openLight(gl);函数就可以。终于效果例如以下：

2 材料属性

前面我们提到了能够为模型设置不同的材料属性，本节中。我们一起学习怎样为模型设定不同的材料属性。

我们知道，相同是一束光，照在不同颜色材料的物体上面。我们所示是不同的，反射出来的不仅仅颜色不同，光泽也是不同的。

换句话说。不同的材质对终于的渲染效果影响非常大！

材料的属性设置和光源的设置有些相似，用到的函数

public void glMaterialf(int face,int pname,float param)

public void glMaterialfv(int face,int pname,float[] params,int offset)

public void glMaterialfv(int face,int pname,FloatBuffer params)

当中，

跟设置光照相似，设置材料属性首先须要定义各种反射光的颜色：

float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f};

float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};//漫反射设置蓝色

float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f};

然后就是将这些颜色通过glMaterialfv函数设置进去：

public void enableMaterial(GL10 gl) {

    //材料对环境光的反射情况

    gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(materialAmb));

    //散射光的反射情况

    gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(materialDiff));

    //镜面光的反射情况

    gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(materialSpec));

}

当然了，最后也别忘记了在onSurfaceCreated函数中调用 enableMaterial(gl);，最后看看效果：

3 完整的GLRenderer类

最后项目代码就不上传了，直接參考上一篇的文章中的源代码就可以，本位值改动了GLRenderer类，把该类的完整源代码贴上：

package com.hc.opengl;

import android.content.Context;

import android.opengl.GLSurfaceView;

import android.opengl.GLU;

import java.io.IOException;

import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;

import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

/**

 * Package com.hc.opengl

 * Created by HuaChao on 2016/8/9.

 */

public class GLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {

    private Model model;

    private Point mCenterPoint;

    private Point eye = new Point(0, 0, -3);

    private Point up = new Point(0, 1, 0);

    private Point center = new Point(0, 0, 0);

    private float mScalef = 1;

    private float mDegree = 0;

    public GLRenderer(Context context) {

        try {

            model = new STLReader().parserBinStlInAssets(context, "huba.stl");

        } catch (IOException e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

    public void rotate(float degree) {

        mDegree = degree;

    }

    @Override

    public void onDrawFrame(GL10 gl) {

        // 清除屏幕和深度缓存

        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

        gl.glLoadIdentity();// 重置当前的模型观察矩阵

        //眼睛对着原点看

        GLU.gluLookAt(gl, eye.x, eye.y, eye.z, center.x,

                center.y, center.z, up.x, up.y, up.z);

        //为了能有立体感觉。通过改变mDegree值，让模型不断旋转

        gl.glRotatef(mDegree, 0, 1, 0);

        //将模型放缩到View刚好装下

        gl.glScalef(mScalef, mScalef, mScalef);

        //把模型移动到原点

        gl.glTranslatef(-mCenterPoint.x, -mCenterPoint.y,

                -mCenterPoint.z);

        //===================begin==============================//

        //同意给每一个顶点设置法向量

        gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);

        // 同意设置顶点

        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

        // 同意设置颜色

        //设置法向量数据源

        gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVnormBuffer());

        // 设置三角形顶点数据源

        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVertBuffer());

        // 绘制三角形

        gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, model.getFacetCount() * 3);

        // 取消顶点设置

        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);

        //取消法向量设置

        gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);

        //=====================end============================//

    }

    @Override

    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {

        // 设置OpenGL场景的大小,(0,0)表示窗体内部视口的左下角，(width, height)指定了视口的大小

        gl.glViewport(0, 0, width, height);

        gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); // 设置投影矩阵

        gl.glLoadIdentity(); // 设置矩阵为单位矩阵。相当于重置矩阵

        GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, ((float) width) / height, 1f, 100f);// 设置透视范围

        //下面两句声明，以后全部的变换都是针对模型(即我们绘制的图形)

        gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);

        gl.glLoadIdentity();

    }

    @Override

    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {

        gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 启用深度缓存

        gl.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f);// 设置深度缓存值

        gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 设置深度缓存比較函数

        gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 设置阴影模式GL_SMOOTH

        //开启光

        openLight(gl);

        enableMaterial(gl);

        float r = model.getR();

        //r是半径。不是直径，因此用0.5/r能够算出放缩比例

        mScalef = 0.5f / r;

        mCenterPoint = model.getCentrePoint();

    }

    float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f};

    float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};

    float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};

    float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f};

    public void openLight(GL10 gl) {

        gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);

        gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);

        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(ambient));

        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(diffuse));

        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(specular));

        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, Util.floatToBuffer(lightPosition));

    }

    float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f,};

    float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,};

    float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,};

    public void enableMaterial(GL10 gl) {

        //材料对环境光的反射情况

        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(materialAmb));

        //散射光的反射情况

        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(materialDiff));

        //镜面光的反射情况

        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(materialSpec));

    }

}

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