OpenGL(十一)——材质

目录

一、前言

二、物体材质

三、光源材质

OpenGL材质是模拟现实世界中不同材质物体表面，如木制箱子和钢制箱子对光的反射程度不同。物体材质对接受光散射程度不同，较少散射产生较小高光点，较多散射则会产生较大高光点。前面章节定义了物体颜色、环境光照、漫反射、镜面反射，本文再添加一个反光度分量，则可以表达材质所有属性。

模拟现实世界物体表面材质，会使得渲染图形接收光照后更加逼真，物体材质的所有属性分量包括环境光照ambient、漫反射光照Diffuse、镜面光照Specular Lighting、反射度Shining。

• ambient材质向量定义在环境光照下这个表面反射的是什么颜色，通常与表面的颜色相同
• diffuse材质向量定义在漫反射光照下表面的颜色。漫反射颜色（和环境光照一样）也被设置为我们期望的物体颜色
• specular材质向量设置的是表面上镜面高光的颜色（或者甚至可能反映一个特定表面的颜色）
• shininess影响镜面高光的散射/半径

二、物体材质

#version 330 core

struct Material{
    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
    float shininess;
};

out vec4 FragColor;

in vec3 Normal;  //法向量：垂直于顶点表面的向量
in vec3 FragPos;  //片段位置向量：世界坐标系下
  
uniform vec3 lightPos; //光源位置向量
uniform vec3 viewPos; //观察者位置向量

uniform vec3 lightColor;
uniform Material material;


void main()
{
    // 环境光照
    vec3 ambient =lightColor * material.ambient;
  	
    // 漫反射 
    vec3 norm = normalize(Normal);//世界坐标系法向量归一化，单位向量
    vec3 lightDir = normalize(lightPos - FragPos);//计算光源入射向量
    float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0); //计算光源对当前片段影响
    vec3 diffuse = lightColor*(diff * material.diffuse);
    
    // 镜面反射 + 反光强度Shininess(镜面高光散射半径)
    vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);//观察者位置到物体位置，视线向量
    vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);  //计算沿着法线轴的反射向量
    float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);//反射光强度：视线方向与反射方向的点乘
    vec3 specular = lightColor*(spec * material.specular);  
        
    vec3 result = ambient + diffuse + specular;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
} 

        ObjShader.setVec3("material.ambient", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
        ObjShader.setVec3("material.diffuse", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
        ObjShader.setVec3("material.specular", 0.5f, 0.5f, 0.5f);
        ObjShader.setFloat("material.shininess", 32.0f);

三、光源材质

上述光源反射太亮了，原因是环境光、漫反射、镜面光对物体全力反射。， 光源对这三种分量有不同的强度，设置光源的“材质”来限制这三个分量的强度。在着色器中进一步增加光源材质结构体：

......
struct Light{
    vec3 position;
    vec3 ambient;
    vec3 diffuse;
    vec3 specular;
};

......
uniform Light light;

void main()
{
    // 环境光照
    vec3 ambient =light.ambient * material.ambient;
    // 漫反射 
    ......
    vec3 diffuse = light.diffuse*(diff * material.diffuse);
    // 镜面反射 + 反光强度Shininess(镜面高光散射半径)
    ......
    vec3 specular = light.specular*(spec * material.specular);  

    vec3 result = ambient + diffuse + specular;
    FragColor = vec4(result, 1.0);
} 

app

        ObjShader.setVec3("light.ambient", 0.2f, 0.2f, 0.2f);
        ObjShader.setVec3("light.diffuse", 0.5f, 0.5f, 0.5f); // 将光照调暗了一些以搭配场景
        ObjShader.setVec3("light.specular", 1.0f, 1.0f, 1.0f);

变化的颜色：

利用sin和glfwGetTime函数改变光源的环境光和漫反射颜色，从而很容易地让光源的颜色随着时间变化。

glm::vec3 lightColor;
lightColor.x = sin(glfwGetTime() * 2.0f);
lightColor.y = sin(glfwGetTime() * 0.7f);
lightColor.z = sin(glfwGetTime() * 1.3f);

glm::vec3 diffuseColor = lightColor   * glm::vec3(0.5f); // 降低影响
glm::vec3 ambientColor = diffuseColor * glm::vec3(0.2f); // 很低的影响

lightingShader.setVec3("light.ambient", ambientColor);
lightingShader.setVec3("light.diffuse", diffuseColor);

参考：

材质 - LearnOpenGL CN (learnopengl-cn.github.io)文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-437578.html

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