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在上一篇文章【 Android OpenGL顯示任意3D模型文件】中，我們學習瞭如何讀取並顯示STL格式的3D文件，但是，最後，看到的並沒有添加光照效果，導致雖然模型在旋轉，但是我們看到的畫面卻像一個平面。今天我們開始學習如何給模型添加燈照效果，以及如何爲模型添加材料屬性，使得最終看到的旋轉模型真正爲3D效果。首先，看看最終效果，如下圖所示：

1 光照效果

因爲我們所做的立體效果是根據真實世界原理來計算的，所以很有必要去了解在現實世界中，我們所看到的一個物體有哪些光。

1.1 真實世界中的光照

我們知道，在黑暗中，當我們將手電筒對準某個物體時，我們所看到的該物體的“亮度”有3種：

物體表面發生鏡面反射部分（Specular），一般是白色。

物體表面發生漫反射部分（Diffuse），一般是物體表面的顏色。

物體表面沒有照射到光的部分，即通過環境光（Ambient）照射，在黑暗中環境光是黑色。

如下圖所示（圖片出自www.guidebee.info）：

從上圖中也可以看出，光源的位置也會影響到我們所看到的最終畫面。顯然，我們只需控制好光源位置、鏡面反射顏色、漫反射顏色、環境光顏色這四個參數，就可以做到了。

1.2 Android OpenGL相關API

1.2.1 光源 GL10.GL_LIGHT0

0號光源，該光源的默認顏色爲白色，即RGBA爲（1.0,1.0,1.0,1.0），漫反射和鏡面反射也爲白色。類似的，還有其他光源如GL10.GL_LIGHT1，系統提供了0~7共8種光源，其他的光源默認爲黑色，即RGBA爲（0.0,0.0,0.0,1.0）.

開啓光源也非常簡單：

//啓用光照功能
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
//開啓0號燈
gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);

1.2.2 設置各種反射光顏色

一旦開啓了光照功能，就可以通過glLightfv函數來指定各種反射光的顏色了，glLightfv函數如下：

public void glLightfv(int light,int pname, FloatBuffer params)
public void glLightfv(int light,int pname,float[] params,int offset)
public void glLightf(int light,int pname,float param)

其中，

light: 指光源的序號，OpenGL ES可以設置從0到7共八個光源。

pname: 光源參數名稱，可以有如下：

GL_SPOT_EXPONENT

GL_SPOT_CUTOFF

GL_CONSTANT_ATTENUATION

GL_LINEAR_ATTENUATION

GL_QUADRATIC_ATTENUATION

GL_AMBIENT(用於設置環境光顏色)

GL_DIFFUSE(用於設置漫反射光顏色)

GL_SPECULAR(用於設置鏡面反射光顏色)

GL_SPOT_DIRECTION

GL_POSITION（用於設置光源位置）

params: 參數的值（數組或是Buffer類型），數組裏面含有4個值分別表示R,G,B,A。

指定光源的位置的參數爲GL_POSITION,位置的值爲(x,y,z,w)，如果是平行光則將w 設爲0，此時，(x,y,z)爲平行光的方向：

1.3 代碼實現

在上一篇的基礎上，直接修改GLRenderer.java文件，添加一個openLight函數：


public void openLight(GL10 gl) {

    gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
    gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);
    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(ambient));
    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(diffuse));
    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(specular));
    gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, Util.floatToBuffer(lightPosition));


}

另外，分別添加我們設定的各種反射光的顏色：

float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f,};
float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f,};
float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f,};
float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f,};

最後，在onSurfaceCreated函數裏面調用一下openLight(gl);函數即可。最終效果如下：

2 材料屬性

前面我們提到了可以爲模型設置不同的材料屬性，本節中，我們一起學習如何爲模型設定不同的材料屬性。我們知道，同樣是一束光，照在不同顏色材料的物體上面，我們所看到的是不同的，反射出來的不僅僅顏色不同，光澤也是不同的。換句話說，不同的材質對最終的渲染效果影響很大！

材料的屬性設置和光源的設置有些類似，用到的函數

public void glMaterialf(int face,int pname,float param)
public void glMaterialfv(int face,int pname,float[] params,int offset)
public void glMaterialfv(int face,int pname,FloatBuffer params)

其中，

face : 在OpenGL ES中只能使用GL_FRONT_AND_BACK，表示修改物體的前面和後面的材質光線屬性。

pname: 參數類型，這些參數用在光照方程。可以取如下值：

GL_AMBIENT

GL_DIFFUSE

GL_SPECULAR

GL_EMISSION

GL_SHININESS。

param：指定反射的顏色。

跟設置光照類似，設置材料屬性首先需要定義各種反射光的顏色：

float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f};
float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};//漫反射設置藍色
float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f};

然後就是將這些顏色通過glMaterialfv函數設置進去：

public void enableMaterial(GL10 gl) {

    //材料對環境光的反射情況
    gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(materialAmb));
    //散射光的反射情況
    gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(materialDiff));
    //鏡面光的反射情況
    gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(materialSpec));

}

當然了，最後也別忘記了在onSurfaceCreated函數中調用 enableMaterial(gl);，最後看看效果：

3 完整的GLRenderer類

最後項目代碼就不上傳了，直接參考上一篇的文章中的源碼即可，本位值修改了GLRenderer類，把該類的完整源碼貼上：

package com.hc.opengl;

import android.content.Context;
import android.opengl.GLSurfaceView;
import android.opengl.GLU;

import java.io.IOException;

import javax.microedition.khronos.egl.EGLConfig;
import javax.microedition.khronos.opengles.GL10;

/**
 * Package com.hc.opengl
 * Created by HuaChao on 2016/8/9.
 */
public class GLRenderer implements GLSurfaceView.Renderer {

    private Model model;
    private Point mCenterPoint;
    private Point eye = new Point(0, 0, -3);
    private Point up = new Point(0, 1, 0);
    private Point center = new Point(0, 0, 0);
    private float mScalef = 1;
    private float mDegree = 0;

    public GLRenderer(Context context) {
        try {

            model = new STLReader().parserBinStlInAssets(context, "huba.stl");
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public void rotate(float degree) {
        mDegree = degree;
    }

    @Override
    public void onDrawFrame(GL10 gl) {
        // 清除屏幕和深度緩存
        gl.glClear(GL10.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL10.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);


        gl.glLoadIdentity();// 重置當前的模型觀察矩陣


        //眼睛對着原點看
        GLU.gluLookAt(gl, eye.x, eye.y, eye.z, center.x,
                center.y, center.z, up.x, up.y, up.z);

        //爲了能有立體感覺，通過改變mDegree值，讓模型不斷旋轉
        gl.glRotatef(mDegree, 0, 1, 0);

        //將模型放縮到View剛好裝下
        gl.glScalef(mScalef, mScalef, mScalef);
        //把模型移動到原點
        gl.glTranslatef(-mCenterPoint.x, -mCenterPoint.y,
                -mCenterPoint.z);


        //===================begin==============================//

        //允許給每個頂點設置法向量
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);
        // 允許設置頂點
        gl.glEnableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        // 允許設置顏色

        //設置法向量數據源
        gl.glNormalPointer(GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVnormBuffer());
        // 設置三角形頂點數據源
        gl.glVertexPointer(3, GL10.GL_FLOAT, 0, model.getVertBuffer());

        // 繪製三角形
        gl.glDrawArrays(GL10.GL_TRIANGLES, 0, model.getFacetCount() * 3);

        // 取消頂點設置
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_VERTEX_ARRAY);
        //取消法向量設置
        gl.glDisableClientState(GL10.GL_NORMAL_ARRAY);

        //=====================end============================//

    }


    @Override
    public void onSurfaceChanged(GL10 gl, int width, int height) {

        // 設置OpenGL場景的大小,(0,0)表示窗口內部視口的左下角，(width, height)指定了視口的大小
        gl.glViewport(0, 0, width, height);

        gl.glMatrixMode(GL10.GL_PROJECTION); // 設置投影矩陣
        gl.glLoadIdentity(); // 設置矩陣爲單位矩陣，相當於重置矩陣
        GLU.gluPerspective(gl, 45.0f, ((float) width) / height, 1f, 100f);// 設置透視範圍

        //以下兩句聲明，以後所有的變換都是針對模型(即我們繪製的圖形)
        gl.glMatrixMode(GL10.GL_MODELVIEW);
        gl.glLoadIdentity();


    }


    @Override
    public void onSurfaceCreated(GL10 gl, EGLConfig config) {
        gl.glEnable(GL10.GL_DEPTH_TEST); // 啓用深度緩存
        gl.glClearColor(0f, 0f, 0f, 0f);// 設置深度緩存值
        gl.glDepthFunc(GL10.GL_LEQUAL); // 設置深度緩存比較函數
        gl.glShadeModel(GL10.GL_SMOOTH);// 設置陰影模式GL_SMOOTH

        //開啓光
        openLight(gl);
        enableMaterial(gl);
        float r = model.getR();
        //r是半徑，不是直徑，因此用0.5/r可以算出放縮比例
        mScalef = 0.5f / r;
        mCenterPoint = model.getCentrePoint();
    }


    float[] ambient = {0.9f, 0.9f, 0.9f, 1.0f};
    float[] diffuse = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f};
    float[] specular = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};
    float[] lightPosition = {0.5f, 0.5f, 0.5f, 0.0f};

    public void openLight(GL10 gl) {

        gl.glEnable(GL10.GL_LIGHTING);
        gl.glEnable(GL10.GL_LIGHT0);
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(ambient));
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(diffuse));
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(specular));
        gl.glLightfv(GL10.GL_LIGHT0, GL10.GL_POSITION, Util.floatToBuffer(lightPosition));


    }

    float[] materialAmb = {0.4f, 0.4f, 1.0f, 1.0f,};
    float[] materialDiff = {0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f,};
    float[] materialSpec = {1.0f, 0.5f, 0.0f, 1.0f,};

    public void enableMaterial(GL10 gl) {

        //材料對環境光的反射情況
        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_AMBIENT, Util.floatToBuffer(materialAmb));
        //散射光的反射情況
        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_DIFFUSE, Util.floatToBuffer(materialDiff));
        //鏡面光的反射情況
        gl.glMaterialfv(GL10.GL_FRONT_AND_BACK, GL10.GL_SPECULAR, Util.floatToBuffer(materialSpec));

    }
}

最後感謝大家的關注，歡迎關注huachao1001的博客，http://blog.csdn.net/huachao10019

Android OpenGL添加光照和材料屬性

1 光照效果

1.1 真實世界中的光照

1.2 Android OpenGL相關API

1.2.1 光源 GL10.GL_LIGHT0

1.2.2 設置各種反射光顏色

1.3 代碼實現

2 材料屬性

3 完整的GLRenderer類

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