SharpGL學習筆記(十三) 光源例子：環繞二次曲面球體的光源

這是根據徐明亮《OpenGL游戲編程》書上光燈一節的一個例子改編的．

從這個例子可以學習到二次曲面的參數設置，程序中提供了兩個畫球的函數，一個是用三角形畫出來的，一個是二次曲面構成的．

你會發現，跟三角形版本不同，二次曲面要做一些設定，否則畫出來的球體無法接受光照．

 

先上代碼：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Windows.Forms;
using SharpGL;

namespace light2
{
    /// <summary>
    /// 原創文章,出自"博客園, 豬悟能'S博客" : http://www.cnblogs.com/hackpig/
    /// </summary>
    public partial class SharpGLForm : Form
    {
        private float rotation = 0.0f;
        float m_bReadX, m_bReadY;
        float m_bGreenX, m_bGreenY;
        float m_bBlueX, m_bBlueY;

        //3個光源位置
        float[] lightPosR = new float[] { 0f, 0f, 2f, 1f };
        float[] lightPosG = new float[] { 0f, 0f, 2f, 1f };
        float[] lightPosB = new float[] { 0f, 0f, 2f, 1f };

        //3個光源漫射光
        float[] diffLightR = { 1f, 0f, 0f, 1f };
        float[] diffLightG = { 0f, 1f, 0f, 1f };
        float[] diffLightB = { 0f, 0f, 1f, 1f };

        //定義3個光源我鏡面光
        float[] specLightR = { 1f, 0f, 0f, 1f };
        float[] specLightG = { 0f, 1f, 0f, 1f };
        float[] specLightB = { 0f, 0f, 1f, 1f };

        //默認的光源, 灰色光源，用於默認照明
        float[] defDiffLight = new float[] { 0.8f, 0.8f, 0.8f, 1f };
        float[] defSpecLight = new float[] { 1f, 1f, 1f, 1f };
        float[] defLightPos = new float[] { 0f, 0f, 10f, 1f };



        public SharpGLForm()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void openGLControl_OpenGLDraw(object sender, PaintEventArgs e)
        {
            OpenGL gl = openGLControl.OpenGL;
            gl.Clear(OpenGL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | OpenGL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
            gl.LoadIdentity();
            gl.Rotate(rotation, 0.0f, 1.0f, 0.0f);

            draw(gl);
            rotation += 3.0f;

            update(gl);
        }

        void update(OpenGL gl)
        {
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHT1);
            m_bReadX += 16;
            m_bReadY += 12;
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHT2);
            m_bGreenX += 10;
            m_bGreenY += 6;
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHT3);
            m_bBlueX += 2;
            m_bBlueY += 4;
        }

        void draw(OpenGL gl)
        {
            gl.PushMatrix();
            //旋轉紅光
            gl.Rotate(m_bReadX, 1f, 0f, 0f);
            gl.Rotate(m_bReadY, 0f, 1f, 0f);
            //設置紅光的位置
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT1, OpenGL.GL_POSITION, lightPosR);   
            //繪制光球
            gl.Translate(lightPosR[0], lightPosR[1], lightPosR[2]);
            gl.Color(1f, 0f, 0f);
            gl.PushAttrib(OpenGL.GL_LIGHTING_BIT);
            gl.Disable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            drawSphere(gl,lightPosR[0], lightPosR[1], lightPosR[2],0.2f,10,10,false);
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            gl.PopAttrib();
            gl.PopMatrix();


            gl.PushMatrix();
            //旋轉綠光
            gl.Rotate(m_bGreenX, 1f, 0f, 0f);
            gl.Rotate(m_bGreenY, 0f, 1f, 0f);
            //設置綠光的位置
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT2, OpenGL.GL_POSITION, lightPosG);
            //繪制光球
            gl.Translate(lightPosG[0], lightPosG[1], lightPosG[2]);
            gl.Color(0f, 1f, 0f);
            gl.PushAttrib(OpenGL.GL_LIGHTING_BIT);
            gl.Disable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            drawSphere(gl, lightPosG[0], lightPosG[1], lightPosG[2], 0.2f, 10, 10 ,false);
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            gl.PopAttrib();
            gl.PopMatrix();


            gl.PushMatrix();
            //旋轉藍光
            gl.Rotate(m_bBlueX, 1f, 0f, 0f);
            gl.Rotate(m_bBlueY, 0f, 1f, 0f);
            //設置藍光的位置
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT3, OpenGL.GL_POSITION, lightPosB);
            //繪制光球
            gl.Translate(lightPosB[0], lightPosB[1], lightPosB[2]);
            gl.Color(0f, 0f, 1f);
            gl.PushAttrib(OpenGL.GL_LIGHTING_BIT);
            gl.Disable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            drawSphere(gl, lightPosB[0], lightPosB[1], lightPosB[2], 0.2f, 10, 10,false);
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            gl.PopAttrib();
            gl.PopMatrix();


            //繪制球體
            gl.PushMatrix();
            gl.Rotate(rotation, 1f, 0f, 0f);
            gl.Rotate(rotation, 0f, 1f, 0f);
            gl.Rotate(rotation, 0f, 0f, 1f);
            drawSphere(gl, 0, 0, 0, 3, 40, 40,false);

            gl.PopMatrix();

            gl.Flush();

        }

        //二次曲面球體
        void drawSphere(OpenGL gl,float x,float y,float z, double radius, int segx, int segy, bool isLines)
        {
            gl.PushMatrix();
            gl.Translate(x, y, z);
            var sphere = gl.NewQuadric();
            if (isLines)
                gl.QuadricDrawStyle(sphere, OpenGL.GL_LINES);
            else
                gl.QuadricDrawStyle(sphere, OpenGL.GL_QUADS);
            gl.QuadricNormals(sphere, OpenGL.GLU_NONE);   //GLU_NONE,GLU_FLAT,GLU_SMOOTH
            gl.QuadricOrientation(sphere, (int)OpenGL.GLU_OUTSIDE);  //GLU_OUTSIDE,GLU_INSIDE
            gl.QuadricTexture(sphere, (int)OpenGL.GLU_FALSE);  //GL_TRUE,GLU_FALSE
            gl.Sphere(sphere, radius, segx, segy);
            gl.DeleteQuadric(sphere);
            gl.PopMatrix();
        }

        //球心坐標為（x，y，z），球的半徑為radius，M，N分別表示球體的橫縱向被分成多少份
        void drawSphere1(OpenGL gl, float xx, float yy, float zz, float radius, float M, float N,bool isLines)
        {
            const float PI = 3.1415926f;
            float step_z = (float)Math.PI / M;
            float step_xy = 2 * PI / N;
            float[] x = new float[4] { 0, 0, 0, 0 };
            float[] y = new float[4] { 0, 0, 0, 0 };
            float[] z = new float[4] { 0, 0, 0, 0 };

            float angle_z = 0.0f;
            float angle_xy = 0.0f;
            int i = 0, j = 0;
            gl.Begin(OpenGL.GL_QUADS);
            for (i = 0; i < M; i++)
            {
                angle_z = i * step_z;
                for (j = 0; j < N; j++)
                {
                    angle_xy = j * step_xy;

                    x[0] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Cos(angle_xy));
                    y[0] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Sin(angle_xy));
                    z[0] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z));

                    x[1] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Cos(angle_xy));
                    y[1] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Sin(angle_xy));
                    z[1] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z + step_z));

                    x[2] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Cos(angle_xy + step_xy));
                    y[2] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z + step_z) * Math.Sin(angle_xy + step_xy));
                    z[2] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z + step_z));

                    x[3] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Cos(angle_xy + step_xy));
                    y[3] = (float)(radius * Math.Sin(angle_z) * Math.Sin(angle_xy + step_xy));
                    z[3] = (float)(radius * Math.Cos(angle_z));

                    for (int k = 0; k < 4; k++)
                    {
                        gl.Vertex(xx + x[k], yy + y[k], zz + z[k]);
                    }
                }
            }
            gl.End();
        }

        private void openGLControl_OpenGLInitialized(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenGL gl = openGLControl.OpenGL;
            setLight(gl);
            //gl.Enable(OpenGL.GL_NORMALIZE);
            gl.ClearColor(0, 0, 0, 0);
        }

        private void setLight(OpenGL gl)
        {
            //0號燈光，默認燈光
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_DIFFUSE, defDiffLight);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_SPECULAR, defSpecLight);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT0, OpenGL.GL_POSITION, defLightPos);

            //1號燈光
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT1, OpenGL.GL_DIFFUSE, diffLightR);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT1, OpenGL.GL_SPECULAR, specLightR);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT1, OpenGL.GL_POSITION, lightPosR);

            //2號燈光
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT2, OpenGL.GL_DIFFUSE, diffLightG);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT2, OpenGL.GL_SPECULAR, specLightG);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT2, OpenGL.GL_POSITION, lightPosG);

            //3號燈光
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT3, OpenGL.GL_DIFFUSE, diffLightB);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT3, OpenGL.GL_SPECULAR, specLightB);
            gl.Light(OpenGL.GL_LIGHT3, OpenGL.GL_POSITION, lightPosB);

            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHTING);
            gl.Enable(OpenGL.GL_LIGHT0);  //啟用默認光源

        }

        private void openGLControl_Resized(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenGL gl = openGLControl.OpenGL;
            gl.MatrixMode(OpenGL.GL_PROJECTION);
            gl.LoadIdentity();
            gl.Perspective(70.0f, (double)Width / (double)Height, 0.01, 100.0);
            gl.LookAt(-5, 5, -5, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
            gl.MatrixMode(OpenGL.GL_MODELVIEW);
        }
        
    }
}

 

截取了一幀的效果如下圖：

有三個光球圍繞球體旋轉，三組光分別為紅，綠，藍，因此它們的組合可以在球面上生成所有可能的顏色效果．

 

函數drawSphere是二次曲面球體，函數drawSphere１是三角形構成的球體．

下面我們研究一下二次曲面的幾個關鍵的需要注意的設置函數：

 

(１)　QuadricDrawStyle(IntPtr quadObject, uint drawStyle);

第一個參數是二次方程對象狀態的指針，第二個參數的枚舉值如下表：

常量	描述
GLU_FILL	二次方程對象畫成實體
GLU_LINE	二次方程對象畫成線框
GLU_POINT	二次方程對象畫成一組頂點的集合
GLU_SILHOUETTE	類似於線框，但相鄰的多邊形的邊不被繪制。

 

 

 

 

(２)　QuadricNormals(IntPtr quadricObject, uint normals);

這個函數指定二次方程對象如何生成法線。第二個參數可以是：GLU_NONE不生成法線，GLU_FLAT扁平法線，GLU_SMOOTH平滑法線。

(３)　QuadricOrientation(IntPtr quadricObject, int orientation);

這個函數可以指定法線的朝向，指向外面還是只想里面。orientation可以是GLU_OUTSIDE或者是GLU_INSIDE這兩個值。OpenGL默認是以GL_CCW逆時針為正方向的

(４)　QuadricTexture(IntPtr quadricObject, int textureCoords);

這個函數可以指定二次方程表面的紋理坐標，textureCoords這個參數可以是GL_TRUE或者GL_FALSE.當為球體和圓柱體生成紋理坐標時，紋理是對稱地環繞在球體和圓柱體的表面的。如果應用到圓盤上，那么紋理的中心就是圓盤的中心，然后以線性插值的方式擴展到圓盤的邊界。

 

讀者可以嘗試改變這些函數的參數，會發現受光效果是不同的．

也可以嘗試用drawSphere1()函數替換掉drawSphere()函數，它是不需要做任何設定，就有很好的效果．

 

 

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