LearnOpenGL note - Lighting:Colors

OpenGL光照系列1

Posted by Tao on Monday, February 28, 2022

0 前言

2月最后一天,我们来学习OpenGL新的一章————光照部分。
本节笔记对应的内容为颜色,部分参考自傅老師/OpenGL教學 第二章
在前面的教程中我们已经简要提到过该如何在OpenGL中使用颜色(Color),但是我们至今所接触到的都是很浅层的知识。本节我们将会更深入地讨论什么是颜色,并且还会为接下来的光照(Lighting)教程创建一个场景。

1 概述

我们在现实生活中看到某一物体的颜色并不是这个物体真正拥有的颜色,而是它所反射的(Reflected)颜色。换句话说,那些不能被物体所吸收(Absorb)的颜色(被拒绝的颜色)就是我们能够感知到的物体的颜色。例如,太阳光能被看见的白光其实是由许多不同的颜色组合而成的(如下图所示)。如果我们将白光照在一个蓝色的玩具上,这个蓝色的玩具会吸收白光中除了蓝色以外的所有子颜色,不被吸收的蓝色光被反射到我们的眼中,让这个玩具看起来是蓝色的。下图显示的是一个珊瑚红的玩具,它以不同强度反射了多个颜色。 light_reflection

这些颜色反射的定律被直接地运用在图形领域。当我们在OpenGL中创建一个光源时,我们希望给光源一个颜色。在上一段中我们有一个白色的太阳,所以我们也将光源设置为白色。当我们把光源的颜色与物体的颜色值相乘,所得到的就是这个物体所反射的颜色(也就是我们所感知到的颜色)。让我们再次审视我们的玩具(这一次它还是珊瑚红),看看如何在图形学中计算出它的反射颜色。我们将这两个颜色向量作分量相乘,结果就是最终的颜色向量了:

glm::vec3 lightColor(1.0f, 1.0f, 1.0f);
glm::vec3 toyColor(1.0f, 0.5f, 0.31f);
glm::vec3 result = lightColor * toyColor; // = (1.0f, 0.5f, 0.31f);

我们可以看到玩具的颜色吸收了白色光源中很大一部分的颜色,但它根据自身的颜色值对红、绿、蓝三个分量都做出了一定的反射。这也表现了现实中颜色的工作原理。由此,我们可以定义物体的颜色为物体从一个光源反射各个颜色分量的大小(利用OpendGL特有乘法)。

2 创建一个光照场景

顶点着色器不做改变,我们只需要修改片元着色器就行了:

#version 330 core
out vec4 FragColor;

uniform vec3 objectColor;
uniform vec3 lightColor;

void main()
{
    FragColor = vec4(lightColor * objectColor, 1.0);
}

这个片段着色器从uniform变量中接受物体的颜色和光源的颜色。正如本节一开始所讨论的那样,我们将光源的颜色和物体(反射的)颜色相乘。这个着色器理解起来应该很容易。我们把物体的颜色设置为之前提到的珊瑚红色,并把光源设置为白色。

// 在此之前不要忘记首先 use 对应的着色器程序(来设定uniform)
myShader.use();
myShader.setVec3("objColor", 1.0f, 0.5f, 0.31f);
myShader.setVec3("ambientColor",  1.0f, 1.0f, 1.0f);

运行得到白光下的珊瑚红效果

result

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