iOS开发-OpenGLES进阶教程2

教程

• OpenGLES入门教程1-Tutorial01-GLKit
• OpenGLES入门教程2-Tutorial02-shader入门
• OpenGLES入门教程3-Tutorial03-三维变换
• OpenGLES入门教程4-Tutorial04-GLKit进阶
• OpenGLES进阶教程1-Tutorial05-地球月亮

这一次的的内容是光照。

概念准备

所谓的光照，是GPU为每个三角形的顶点进行光线计算，再把结果进行插值，得出每个片元的最终颜色。
OpenGL ES的灯光模拟包括：环境光、漫反射光、镜面反射光。
光线与几何图形相互作用的关键：计算出每个物体照射和发散出来多少光线。
光线计算依赖于表面法向量。法向量也是单位向量。
表面法向量可以通过平面内两个点的叉积（矢量积）来计算。

光线计算过程还包括材质、聚光灯效果、衰减因子等，但是GLKit简化了这一过程。

效果展示

光照

核心思路

如下图，总共A_{I九个点，0}7八个面。E的z坐标是可变的，随着UISlider的数值由-1到0变化。
为了方便观察，绕X轴和Z轴旋转了一定角度。
灯光用GLKBaseEffect类。

顶点-平面图

具体细节

• 顶点
  总共有9个顶点，具体坐标如下。前面为顶点坐标，后面为法线坐标。

static const SceneVertex vertexA = {{-0.5,  0.5, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexB = {{-0.5,  0.0, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexC = {{-0.5, -0.5, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexD = {{ 0.0,  0.5, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexE = {{ 0.0,  0.0, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexF = {{ 0.0, -0.5, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexG = {{ 0.5,  0.5, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexH = {{ 0.5,  0.0, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};
static const SceneVertex vertexI = {{ 0.5, -0.5, -0.5}, {0.0, 0.0, 1.0}};

重新缓存顶点数组

• 平面
  SceneVertex是顶点的数据结构
  SceneTriangle是平面(三角形)的数据结构

//顶点
typedef struct {
    GLKVector3  position; //
    GLKVector3  normal;
}
SceneVertex;
//三角形
typedef struct {
    SceneVertex vertices[3];
}
SceneTriangle;

• 光源
  配置漫反射光的颜色，还有光源的位置

    self.baseEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
    self.baseEffect.light0.enabled = GL_TRUE;
    self.baseEffect.light0.diffuseColor = GLKVector4Make(
                                                         0.7f, // Red
                                                         0.7f, // Green
                                                         0.7f, // Blue
                                                         1.0f);// Alpha
    self.baseEffect.light0.position = GLKVector4Make(
                                                     1.0f,
                                                     1.0f,
                                                     0.5f,
                                                     0.0f);
    
    self.extraEffect = [[GLKBaseEffect alloc] init];
    self.extraEffect.useConstantColor = GL_TRUE;

• 变换
  先旋转，后平移

        GLKMatrix4 modelViewMatrix = GLKMatrix4MakeRotation(GLKMathDegreesToRadians(-60.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
        modelViewMatrix = GLKMatrix4Rotate(
                                           modelViewMatrix,
                                           GLKMathDegreesToRadians(-30.0f), 0.0f, 0.0f, 1.0f);
        modelViewMatrix = GLKMatrix4Translate(
                                              modelViewMatrix,
                                              0.0f, 0.0f, 0.25f);
        self.baseEffect.transform.modelviewMatrix = modelViewMatrix;
        self.extraEffect.transform.modelviewMatrix = modelViewMatrix; 

• 法线绘制
  先设置光源颜色为绿色，画顶点法线
  再设置光源颜色为黄色，画光源线

    self.extraEffect.useConstantColor = GL_TRUE;
    self.extraEffect.constantColor =
    GLKVector4Make(0.0, 1.0, 0.0, 1.0);
    
    [self.extraEffect prepareToDraw];
    
    [self.extraBuffer drawArrayWithMode:GL_LINES
                       startVertexIndex:0
                       numberOfVertices:NUM_NORMAL_LINE_VERTS];
    
    self.extraEffect.constantColor =
    GLKVector4Make(1.0, 1.0, 0.0, 1.0);
    
    [self.extraEffect prepareToDraw];
    
    [self.extraBuffer drawArrayWithMode:GL_LINES
                       startVertexIndex:NUM_NORMAL_LINE_VERTS
                       numberOfVertices:(NUM_LINE_VERTS - NUM_NORMAL_LINE_VERTS)];

关键函数

• 求法向量函数

GLKVector3 SceneTriangleFaceNormal(const SceneTriangle triangle);

• 通过叉积求单位法向量函数

GLKVector3 SceneVector3UnitNormal(
                                  const GLKVector3 vectorA,
                                  const GLKVector3 vectorB)

总结

进阶教程不只是图形学知识的进阶，代码的规范也很重要，能避免一部分错误。
光照原理的内容可以参考这里，讲解非常详细，但是本次使用的GLKit，所以简化了许多。
附上源码