Android OpenGL添加光照和材料属性
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在上一篇文章【 Android OpenGL显示任意3D模型文件 】中，我们学习了如何读取并显示STL格式的3D文件，但是，最后，看到的并没有添加光照效果，导致虽然模型在旋转，但是我们看到的画面却像一个平面。今天我们开始学习如何给模型添加灯照效果，以及如何为模型添加材料属性，使得最终看到的旋转模型真正为3D效果。首先，看看最终效果，如下图所示：
1 光照效果
因为我们所做的立体效果是根据真实世界原理来计算的，所以很有必要去了解在现实世界中，我们所看到的一个物体有哪些光。
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，我们所看到的该物体的“亮度”有3种：
物体表面发生镜面反射部分（Specular），一般是白色。
物体表面发生漫反射部分（Diffuse），一般是物体表面的颜色。
物体表面没有照射到光的部分，即通过环境光（Ambient）照射，在黑暗中环境光是黑色。
如下图所示（图片出自www.guidebee.info）：
从上图中也可以看出，光源的位置也会影响到我们所看到的最终画面。显然，我们只需控制好光源位置、镜面反射颜色、漫反射颜色、环境光颜色这四个参数，就可以做到了。
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。类似的，还有其他光源如GL10.GL_LIGHT1，系统提供了0~7共8种光源，其他的光源默认为黑色，即RGBA为（0.0,0.0,0.0,1.0）.
开启光源也非常简单：
//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，就可以通过glLightfv函数来指定各种反射光的颜色了，glLightfv函数如下：
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)
其中，
light: 指光源的序号，OpenGL ES可以设置从0到7共八个光源。
pname: 光源参数名称，可以有如下：
GL_SPOT_EXPONENT
GL_SPOT_CUTOFF
GL_CONSTANT_ATTENUATION
GL_LINEAR_ATTENUATION
GL_QUADRATIC_ATTENUATION
GL_AMBIENT(用于设置环境光颜色)
GL_DIFFUSE(用于设置漫反射光颜色)
GL_SPECULAR(用于设置镜面反射光颜色)
GL_SPOT_DIRECTION
GL_POSITION（用于设置光源位置）
params: 参数的值（数组或是Buffer类型），数组里面含有4个值分别表示R,G,B,A。
指定光源的位置的参数为GL_POSITION,位置的值为(x,y,z,w)，如果是平行光则将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，直接修改GLRenderer.java文件，添加一个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，分别添加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);函数即可。最终效果如下：
2 材料属性
前面我们提到了可以为模型设置不同的材料属性，本节中，我们一起学习如何为模型设定不同的材料属性。我们知道，同样是一束光，照在不同颜色材料的物体上面，我们所看到的是不同的，反射出来的不仅仅颜色不同，光泽也是不同的。换句话说，不同的材质对最终的渲染效果影响很大！
材料的属性设置和光源的设置有些类似，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)
其中，
face : 在OpenGL ES中只能使用GL_FRONT_AND_BACK，表示修改物体的前面和后面的材质光线属性。
pname: 参数类型，这些参数用在光照方程。可以取如下值：
GL_AMBIENT
GL_DIFFUSE
GL_SPECULAR
GL_EMISSION
GL_SHININESS。
param：指定反射的颜色。
跟设置光照类似，设置材料属性首先需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，直接参考上一篇的文章中的源码即可，本位值修改了GLRenderer类，把该类的完整源码贴上：
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==============================// //允许给每个顶点设置法向量 gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY); // 允许设置顶点 gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY); // 允许设置颜色 //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)表示窗口内部视口的左下角，(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 //以下两句声明，以后所有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); // 设置深度缓存比较函数 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可以算出放缩比例 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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