第八节颜色和消隐.doc

第八节 颜色和消隐
在这一节中你将学到：
How To……
你将调用函数
用RGB指定颜色
glColor
设置消隐模式
glShadeModel
创建一个3-3-2调色板
CreatePalette
使用调色板
RealizePalette,SelectPalette,UpdateColors

终于到我们讲颜色的时候了！这可能是任何图形库中最重要的部分了，甚至是动画支持。当你开发图形程序时一定记得一件事：In this case, the old adage isn’t true; looks ARE everything! Don’t let anyone tell you otherwise.
颜色是什么？What is a color?
首先让我来说一点颜色。自然界的颜色是怎样组成的，我们是怎样看到颜色的？理解颜色理论和我们是怎样看到颜色将会在你创建程序时给你灵感。
光是一种波
颜色是一种可见的光。如果你学过物理，你可能学过光的波粒二象性。当它作为光时它就像池塘上涟漪一样传播；当它作为微粒时它就像落在地上的雨点一样。
你看到的光实际上是许多不同波长的光的混合。这些光通过波长来区别。波峰和波谷之间的距离称为波长。如图8-1：

图8-1 波长
可见光的波长从390纳米的光到720纳米的红光。这个范围称为光谱。你肯定听过这些词：紫外线、红外线。它们对于裸眼而言是不见的，因为它们位于光谱的两端。如图8-2所示：

图8-2 可见光的光谱
光的粒子性
你可能会问：“如果光是一种波，只有光谱中的颜色才能被看到，那么我怎么看到棕色，黑色和白色了呢？”我们准备回答这些问题，那就是黑色和白色不是光。实际上黑色是没有颜色，白色是所有颜色混在一起的情况。即白色的物体均匀地反射所有波长的光，黑色的物体是均匀地吸引了所有波长的光线。
还有我们看到的棕色和其它的颜色它们确实是颜色，实际上它们是颜色的组合。即是光谱中纯颜色的组合。为了理解它的工作原理，把光认为是颗粒。
所有的物体都是由原子构成的。从物体表面反射光子的多少取决于是哪种原子及是怎样构成物体的。一些光子将被反射，另一些光子将被吸收。被吸收的光子通常转化为热。任何一种材料都会反射一些波长的光。图8-3所示：

图8-3 物体反射一部分光子吸收一部分光子
略去较多关于颜色原理和显示器显示颜色的原理部分。

选择一种颜色
你现知道OpenGL是通过分别指定红、绿、蓝的强度来设置颜色的。
颜色立方体
当我们通过指定颜色的三个部分的值时，我们可以从颜色空间中得到一种颜色。图8-7所示为颜色空间，它看起来像一个由原点，红色轴，绿色轴，蓝色轴组成的坐标系统。在原点的颜色为黑色。PC存储的最大颜色信息为24位，因此每种原色有八位的空间，即各部分的最大值为255。我们可以此作一个长度为255的颜色立方体。颜色立方体如图8-7所示：它之中存在的为所有颜色的可能，不管是在面上还是在立方体内部。

图8-7
设置绘图颜色
让我们简单的回顾一下函数glColor()。它的原形是：
void glColor(red,green,blue,alphs); 在函数名中表示它有几个参数，可能有三个参数：red, green , blue，也可能有四个参数：即包括alpha值。
函数名中的表示参数的类型，可以是:b,d,f,I,s,ub,ui,us,分别对应的是：byte, double, float, integer, short, unsigned byte, unsigned integer, unsigned short 数据类型。
在许多OpenGL程序中将会用到glColor3f并指定各个部分的值，介于0.0到1.0之间。但是如果你有Windows 编程经验，也可以使用glColor3ub函数。这个函数的参数是三个无符号的字节类型，它是从0到255，来指定红、绿、蓝的强度。使用这个函数就像使用Windows的RGB宏一样来指定颜色：
glColor3ub(0,255,128) = RGB(0,255,128);

消隐Shading
我们先前的工作调用函数glColor是设置当前绘图颜色，调用此函数后绘制的物体都是这个函数指定的颜色。现在我们已经讨论了OpenGL绘制图元的方法，我们也可以扩展这个定义：函数glColor是设置当前绘图颜色，调用此函数后，所有绘制的点都是这个颜色。到此为止，我们所有的例子都是绘制的线框或每面都是用一种颜色填充的实体。如果我们给每个图元的点指定一个不同颜色，那么里面是什么颜色？
我先用点来回答这个问题。一个点只有一个Vertex ，不管你指定什么颜色，那个颜色都作用于那个点。
一条线，有两个Vertex 且每个Vertex 可以设置不同的颜色。线的颜色取决于消隐模式Shading model。消隐简单的定义为从一个颜色到另一个颜色光滑的过渡。我们颜色立方体空间中的任意两个点都可以被一条直线连起来。
光滑消隐Smooth shading导致颜色在颜色立方体中沿两个颜色点连成的直线变化。在图8-9中，指出了颜色立方体中的白色和黑色。颜色的消隐就是沿着这条线进行，从黑到浅黑再浅最后到白色。

图8-9从黑色到白色的线是怎样消隐的
你也可通过找出三维RGB颜色立方体空间的边接两个点的直线方程来计算消隐。然后再设置一个从直线的一个点到另一个点的循环，再利用沿这条线的坐标来给线上的每个点赋予颜色。很多好的计算机图形学的书中都有这个算法的解释及调整你的颜色的线到屏幕上显示出来。幸运地是OpenGL都为你准备好了
消隐对于多边形有点复杂。例如一个三角形也可以在一个颜色立方体空间中表示。图8-10所示为一个三个顶点分别为饱满的红、绿、蓝色组成的三角形。程序代码如清单8-1所示：

图8-10 RGB颜色空间中的三角形
清单8-1 绘制一个光滑消隐的三角形
void RenderScene(void)
{
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
//Enable smooth shading
glShadeModel(GL_SMOOTH);
//Draw the triangle
glBegin(GL_TRIANGLES);
//Red Apex
glColor3ub((GLubyte)255,(GLubyte)0,(GLubyte)0);
glVertex3f(0.0f,200.0f,0.0f);
//Green on the right bottom corner
glColor3ub((GLubyte)0,(GLubyte)255,(GLubyte)0);
glVertex3f(200.0f,-70.0f,0.0f);
//blue on the left bottom corner
glColor3ub((GLubyte)0,(GLubyte)0,(GLubyte)255);
glVertex3f(-200.0f,-70.0f,0.0f);
glEnd();
glPopMatrix();

glFlush();
}

设定消隐模式
清单8-1中第一行代码为设置消隐模式为光滑消隐smooth shading。这是OpenGL默认的消隐模式，但是为了使达到你想要的效果调用这个函数是个好习惯。
另外一个消隐模式(也可以用函数glShadeModel指定)是平面消隐Flat shading。平面消隐是指图元内部没有消隐计算。通常，平面消隐的图元颜色是指定的最后一个点的颜色。唯一的例外就是图元GL_POLYGON，它用平面消隐得到颜色是通过第一个点指定的颜色。
然后的代码就是设定了三角形上顶点的颜色为纯红色，右下角的颜色为绿色，左下角为蓝色。因为光滑消隐是指定的，三角形内部的颜色为各个顶点颜色的光滑过渡。
程序的输出如图8-11所示：

图8-11 程序TRIANGLES的输出
多边形比三角形要复杂一点，也可给每个顶点指定不同的颜色。消隐它们的基础逻辑要更复杂。还好在OpenGL中你不需要担心这个。不管你的多边形有多复杂，OpenGL仍可以可靠的消隐内部的点的颜色。
你可能不希望自己做这种消隐。这是处理光照效果的基础，我们将在第九节中讲解。

Windows调色板
不管电脑有多少颜色是可用的，以上的程序可以运行良好。如果你可以在显示属性中改动一下颜色的深度，试着再运行一下程序。你将会看到颜色的过渡和颜色的深度无关，但是颜色的深度越高图像的颜色就越光滑。如图8-12a 和8-12b所示：

图8-12A 16色时的输出 图8-12B 16million 色时输出显得更光滑
匹配颜色
当你要画一个指定颜色的点时会发生什么呢？Windows内部通过RGB宏给RGB的每部分(Red, Green, Blue)分配了8位，你也可以在OpenGL中同样来设定RGB通过调用函数glColor3ub来实现。
若PC的显卡是24位模式的，每一点的颜色都是由这24位的值来精确指定。在15-和16位颜色模式中，Windows把24位的颜色值传给显卡的驱动，驱动程序在显示之前会将24位的值转换为15位或16位的颜色值。在24位的颜色模式下，RGB颜色立方体每边为255(8)位，在15位或16位颜色模式下，颜色立方体的每边为32(5位)或64(6位)。设备的驱动程序将来匹配最接近的颜色值。
图8-13所示为8位的红色映射为5位的红色的可能的值。

图8-13
Dithering
4位的颜色模式只有16种颜色显然不能满足图形显示的需要。
8位颜色模式下的调色板的优点
8位颜色模式可以显示256种颜色，这对于彩色图形来说是一个进步。当Windows在支持256种颜色的模式下运行，就会显示出颜色空间中的颜色。所有的应用程序也就会有一个宽广的颜色选择范围，当指定一种颜色后，最接近的可用的颜色会被使用。不幸地是这在现实世界中不是很实用。
略。

颜色索引模式
OpenGL也支持颜色索引模式color index mode。在这种模式下，你通过指定一个颜色数组的索引来设置颜色。
你不能同时使用RGBA模式和颜色索引模式。
在大多情况下，采用RGBA模式比颜色表模式的要多，尤其许多效果处理，如阴影、光照、雾反走样、混合等，采用RGBA模式效果会更好些；另外，纹理映射只能在RGBA模式下进行。
下面提供几种运用颜色表模式的情况（仅供参考）：
一、若原来应用程序采用的是颜色表模式则转到OpenGL上来时最好仍保持这种模式
，便于移植；
二、若所用颜色不在缺省提供的颜色许可范围之内，则采用颜色表模式；
三、在其它许多特殊处理，如颜色动画，采用这种模式会出现奇异的效果。
总结
本节包含了图形学中最重要的部分：颜色。你也知道怎样用RGB来指定颜色。正确使用颜色是三维图形的前提条件。

参考部分Reference Section
略。