广工图形学实验光照和纹理技术.doc

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实验三 光照和纹理技术
1、 实验目的与要求
1. 理解并编程实现场景光照和纹理技术；
2. 建立实验的场景模型-一个六面体盒子；
3. 通过控制光源亮度、位置、方向等特性，实现不同光照效果。要求熟悉OpenGL中光源定义、顶点法向量计算、材质属性设置等函数。
4. 掌握OpenGL中二维颜色纹理技术的应用，熟悉OpenGL中相应纹理函数的使用，给六面体盒子贴上纹理。
2、 实验方案
1. 实验1：
² 把bmp格式的图片载入，并且转换为纹理。
² 利用三维坐标，用点确定面的方式，建立六面体。
² 在六面体的六个面上固定好纹理的载入点，然后载入纹理。
² 设置六面体旋转，沿X，Y，Z轴旋转。
2. 实验2：
² 在实验1的基础上加上光效果
² 设置光源亮度，设置方向，设置光源位置，在这里设置光源的位置是360度转动的。
² 材质属性设置，设置了反光等特性
3、 实验结果和数据处理
1. 实验1的实验结果:
² 程序代码如下:
#pragma comment(lib, "glaux.lib")
#include <gl\glaux.h>
#include <gl\glut.h>

GLuint g_texture = 0;
GLfloat xrot =0;
GLfloat yrot =0;
GLfloat zrot =0; // Keep Going

//绘制一个立方体
int DrawCube(void)
{
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, g_texture); //使用贴图纹理

glPushMatrix(); //压入变换矩阵

glRotatef(xrot,1.0f,0.0f,0.0f); //旋转矩阵，这里绕x轴旋转。
glRotatef(yrot,0.0f,1.0f,0.0f); //旋转矩阵，这里绕y轴旋转。
glRotatef(zrot,0.0f,0.0f,1.0f); //绕z轴旋转，这里zrot是角度制的度数。

glBegin(GL_QUADS); //启用四边形带绘制模式绘制

// 绘制前面，这里开始确定纹理坐标，然后是确定点的位置
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);

// 绘制后面
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);

// 上面
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f);

//底面
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);

// 右面
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);

// 左面
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);

glEnd();

glPopMatrix(); //弹出变换矩阵

return 1;

}
void display(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清楚颜色数据和深度数据（清屏）
glLoadIdentity(); // Reset The View
glTranslatef(0.0f,0.0f,-5.0f);

DrawCube();

glutSwapBuffers(); //交换缓冲区。显示图形
}

//载入一个.bmp格式的贴图纹理
int LoadGLTextures(GLuint& unTexture, const char* chFileName)
{
AUX_RGBImageRec *TextureImage; //保存贴图数据的指针
TextureImage = auxDIBImageLoad("android.bmp"); //载入贴图数据

glGenTextures(1, &unTexture); // 创建一个纹理，unTexture

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, unTexture); //绑定纹理，然后对该纹理区添加纹理数据

//设置纹理的信息，
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage->sizeX, TextureImage->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage->data);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR); //设置滤波为线性滤波
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); //线性滤波

if (TextureImage) //释放资源
{
if (TextureImage->data)
{
free(TextureImage->data);
}
free(TextureImage);
}

return 1;
}

//初始化
void init (void)
{
glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); //清理颜色，为黑色，（也可认为是背景颜色）

glCullFace(GL_BACK); //背面裁剪(背面不可见)
glEnable(GL_CULL_FACE); //启用裁剪
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
LoadGLTextures(g_texture, "android.bmp"); //载入纹理贴图
}

//当窗口大小改变时，会调用这个函数
void reshape(GLsizei w,GLsizei h)
{
//这里小说明一下：矩阵模式是不同的，他们各自有一个矩阵。投影相关
//只能用投影矩阵。(只是目前情况下哦，等我学多了可能就知道为什么了。)

glViewport(0,0,w,h); //设置视口
glMatrixMode(GL_PROJECTION); //设置矩阵模式为投影变换矩阵，
glLoadIdentity(); //变为单位矩阵
gluPerspective(60, (GLfloat)w / h, 0, 1000); //设置投影矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //设置矩阵模式为视图矩阵(模型)
glLoadIdentity(); //变为单位矩阵
}

//闲置函数，当主循环空闲时就会调用这个函数
void MyIdle(void)
{
Sleep(10);
xrot+=0.3f; //增加旋转的角度。
yrot+=0.2f;
zrot+=0.4f;
glutPostRedisplay();
}

int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv); //Opnegl初始化
glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA); //设置显示模式为双缓冲，RGEBA

glutInitWindowSize (800, 600); //窗口大小
glutInitWindowPosition (100, 100); //窗口位置
glutCreateWindow ("hello"); //创建一个标题为hello的窗口
init (); //初始化资源,这里一定要在创建窗口以后，不然会无效。
glutDisplayFunc(display); //窗口大小改变时的回调
glutReshapeFunc(reshape); //绘制图形时的回调
glutIdleFunc(MyIdle);
glutMainLoop(); //主循环。
return 0;
}

² 实验结果截图:

2. 实验2的实验结果:
² 程序代码如下:
#pragma comment(lib, "glaux.lib")
#include "gl\glaux.h"
#include <gl\glut.h>

float yRot = 0;
unsigned int nPre = 0;
GLfloat light_position[4] = {0,0,0,1}; //光位置
GLfloat light_diffuse[4] = {1,0,1,1}; //光的漫反色
GLfloat light_direction[4] = {-1, -2, -1, 1}; //光源聚光灯方向
GLfloat light_change[3] = {3,3,-1}; //光源移动位置。
GLuint g_texture = 0;
GLfloat xrot =0;
GLfloat yrot =0;
GLfloat zrot =0; // Keep Going

//绘制一个立方体
int DrawCube(void)
{
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, g_texture); //使用贴图纹理

glPushMatrix(); //压入变换矩阵

glRotatef(xrot,1.0f,0.0f,0.0f); //旋转矩阵，这里绕x轴旋转。
glRotatef(yrot,0.0f,1.0f,0.0f); //旋转矩阵，这里绕y轴旋转。
glRotatef(zrot,0.0f,0.0f,1.0f); //绕z轴旋转，这里zrot是角度制的度数。

glBegin(GL_QUADS); //启用四边形带绘制模式绘制

// 绘制前面，这里开始确定纹理坐标，然后是确定点的位置
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);

// 绘制后面
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);

// 上面
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f);

//底面
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);

// 右面
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f( 1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);

// 左面
glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, -1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(1.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, 1.0f);
glTexCoord2f(0.0f, 1.0f); glVertex3f(-1.0f, 1.0f, -1.0f);

glEnd();

glPopMatrix(); //弹出变换矩阵

return 1;

}

//载入一个.bmp格式的贴图纹理
int LoadGLTextures(GLuint& unTexture, const char* chFileName)
{
AUX_RGBImageRec *TextureImage; //保存贴图数据的指针
TextureImage = auxDIBImageLoad("android.bmp"); //载入贴图数据

glGenTextures(1, &unTexture); // 创建一个纹理，unTexture

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, unTexture); //绑定纹理，然后对该纹理区添加纹理数据

//设置纹理的信息，
glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage->sizeX, TextureImage->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage->data);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR); //设置滤波为线性滤波
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR); //线性滤波

if (TextureImage) //释放资源
{
if (TextureImage->data)
{
free(TextureImage->data);
}
free(TextureImage);
}

return 1;
}

void display(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清楚颜色数据和深度数据（清屏）
glColor3f(1.0,1.0,1.0);
glLoadIdentity(); //初始变换矩阵为单位矩阵

glTranslated(0,-1,-5); //平移0,0,-5向Z负方向平移5个单位

glPushMatrix(); //压缩矩阵，设定光源的位置
glDisable(GL_LIGHTING);
glRotatef(yRot, 0, 1, 0); //光源的旋转
glTranslatef(light_change[0],light_change[1],light_change[2]); //光源的位置
glTranslatef(light_position[0], light_position[1],light_position[2]); //光源位置

glutSolidSphere(0.1, 4,4);//利用库函数绘制一个半径为1的球体。表示光源在这里
glEnable(GL_LIGHTING);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
glPopMatrix();
light_direction[0] = -light_change[0];
light_direction[1] = -light_change[1];
light_direction[2] = -light_change[2];
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPOT_DIRECTION, light_direction);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);
glPopMatrix(); //光源设置完毕

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); // 清楚颜色数据和深度数据（清屏）
glLoadIdentity(); // Reset The View
glTranslatef(0.0f,0.0f,-5.0f);

DrawCube(); //弹出矩阵。

glutSwapBuffers(); //交换缓冲区。显示图形
}

//初始化
void init (void)
{
glClearColor (0.5, 0.5, 0.5, 0.0); //清理颜色，为黑色，（也可认为是背景颜色）

GLfloat light_param[] = { 1, 1, 1, 1.0 }; //初始化光参数。
//glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_param); //设置光为环境光。
//glLightf(GL_LIGHT0, GL_SPOT_CUTOFF, 45.0); //设置聚光的范围为45度。
glLightf(GL_LIGHT0,GL_SPOT_EXPONENT,2.0); //设置聚光灯的聚光强度。

glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, light_param); //设置材质的漫反射属性
//glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, light_param); //设置材质的环境属性
glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 64); //设置材质的高光属性

glEnable(GL_LIGHTING); //启动光照
glEnable(GL_LIGHT0); //启动GL_LIGHTO光
glCullFace(GL_BACK); //剔除背面
glEnable(GL_CULL_FACE); //启动剔除
glDepthFunc(GL_LEQUAL); //深度检测为小于等于
glEnable(GL_DEPTH_TEST); //启动深度检测
glFrontFace(GL_CCW); //定义逆时针为正面

glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0); //清理颜色，为黑色，（也可认为是背景颜色）

glCullFace(GL_BACK); //背面裁剪(背面不可见)
glEnable(GL_CULL_FACE); //启用裁剪
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
LoadGLTextures(g_texture, "android.bmp"); //载入纹理贴图

}

//当窗口大小改变时，会调用这个函数
void reshape(GLsizei w,GLsizei h)
{
glViewport(0,0,w,h); //设置视口
glMatrixMode(GL_PROJECTION); //设置矩阵模式为投影变换矩阵，
glLoadIdentity(); //变为单位矩阵
gluPerspective(60, (GLfloat)w / h, 0, 1000); //设置投影矩阵
glMatrixMode(GL_MODELVIEW); //设置矩阵模式为视图矩阵(模型)
glLoadIdentity(); //变为单位矩阵
}

void Keyboard(unsigned char key, int x, int y)
{
}

//闲置函数，当主循环空闲时就会调用这个函数
void MyIdle(void)
{
unsigned int nNow = ::GetTickCount();
float delt = nNow - nPre;
if (delt > 100)
{
nPre = nNow;
yRot += 0.1 * delt; //旋转角度
/**//*light_diffuse[0] = (rand() % 255) / 255.0;//太花不用了。
light_diffuse[1] = (rand() % 255) / 255.0;
light_diffuse[2] = (rand() % 255) / 255.0;*/
glutPostRedisplay();
}
Sleep(10);
xrot+=0.3f; //增加旋转的角度。
yrot+=0.2f;
zrot+=0.4f;
glutPostRedisplay();
}

int main(int argc, char** argv)
{
glutInit(&argc, argv); //Opnegl初始化
glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA); //设置显示模式为双缓冲，RGEBA

glutInitWindowSize (800, 600); //窗口大小
glutInitWindowPosition (100, 100); //窗口位置
glutCreateWindow ("hello"); //创建一个标题为hello的窗口
init (); //初始化资源,这里一定要在创建窗口以后，不然会无效。
glutDisplayFunc(display); //窗口大小改变时的回调
glutReshapeFunc(reshape); //绘制图形时的回调
glutKeyboardFunc(Keyboard);
glutIdleFunc(MyIdle);
glutMainLoop(); //主循环。
return 0;
}

² 实验结果截图如下:

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