NeHe OpenGL教程第二十六课：反射

NeHe OpenGL第二十六课：反射

剪裁平面，蒙板缓存和反射:

在这一课中你将学会如何创建镜面显示效果，它使用剪裁平面，蒙板缓存等OpenGL中一些高级的技巧。

欢迎来到另一个激动人心的课程，这课的代码是Banu Cosmin所写，当然教程还是我自己写的。在这课里，我将教你创建真正的反射，基于物理的。
由于它将用到蒙板缓存，所以需要耗费一些资源。当然随着显卡和CPU的发展，这些都不是问题了，好了让我们开始吧！

下面我们设置光源的参数

static GLfloat LightAmb[] = {0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f};    // 环境光
static GLfloat LightDif[] = {1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f};    // 漫射光
static GLfloat LightPos[] = {4.0f, 4.0f, 6.0f, 1.0f};    // 灯光的位置

下面用二次几何体创建一个球，并设置纹理

GLUquadricObj *q;        // 使用二次几何体创建球

GLfloat  xrot  = 0.0f;      // X方向的旋转角度
GLfloat  yrot  = 0.0f;      // Y方向的旋转角的
GLfloat  xrotspeed = 0.0f;       // X方向的旋转速度
GLfloat  yrotspeed = 0.0f;       // Y方向的旋转速度
GLfloat  zoom  = -7.0f;      // 移入屏幕7个单位
GLfloat  height  = 2.0f;      // 球离开地板的高度

GLuint  texture[3];       // 使用三个纹理

ReSizeGLScene() 和LoadBMP() 没有变化

GLvoid ReSizeGLScene(GLsizei width, GLsizei height)

AUX_RGBImageRec *LoadBMP(char *Filename)

下面的代码载入纹理

int LoadGLTextures()        // 载入*.bmp文件，并转化为纹理
{
    int Status=FALSE;
    AUX_RGBImageRec *TextureImage[3];      // 创建三个图象
    memset(TextureImage,0,sizeof(void *)*3);
    if ((TextureImage[0]=LoadBMP("Data/EnvWall.bmp")) &&    // 载入地板图像
        (TextureImage[1]=LoadBMP("Data/Ball.bmp")) &&     // 载入球图像
        (TextureImage[2]=LoadBMP("Data/EnvRoll.bmp")))     // 载入强的图像
{
  Status=TRUE;
  glGenTextures(3, &texture[0]);     // 创建纹理
  for (int loop=0; loop<3; loop++)     // 循环设置三个纹理参数
  {
   glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[loop]);
   glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 3, TextureImage[loop]->sizeX, TextureImage[loop]->sizeY, 0, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, TextureImage[loop]->data);
   glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);
   glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);
  }
  for (loop=0; loop<3; loop++)
  {
   if (TextureImage[loop])
   {
    if (TextureImage[loop]->data)
    {
     free(TextureImage[loop]->data);
    }
    free(TextureImage[loop]);
   }
  }
}
return Status;        // 成功返回
}

一个新的函数glClearStencil被加入到初始化代码中，它用来设置清空操作后蒙板缓存中的值。其他的操作保持不变。

int InitGL(GLvoid)        // 初始化OpenGL
{
if (!LoadGLTextures())      // 载入纹理
{
  return FALSE;
}
glShadeModel(GL_SMOOTH);
glClearColor(0.2f, 0.5f, 1.0f, 1.0f);
glClearDepth(1.0f);
glClearStencil(0);       // 设置蒙板值
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
glDepthFunc(GL_LEQUAL);
glHint(GL_PERSPECTIVE_CORRECTION_HINT, GL_NICEST);
glEnable(GL_TEXTURE_2D);      // 使用2D纹理

下面的代码用来启用光照

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, LightAmb);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, LightDif);
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPos);
glEnable(GL_LIGHT0);
glEnable(GL_LIGHTING);

下面的代码使用二次几何体创建一个球体，在前面的教程中都已经详纤，这里不再重复。

q = gluNewQuadric();       // 创建一个二次几何体
gluQuadricNormals(q, GL_SMOOTH);      // 使用平滑法线
gluQuadricTexture(q, GL_TRUE);      // 使用纹理

glTexGeni(GL_S, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP); // 设置球纹理映射
glTexGeni(GL_T, GL_TEXTURE_GEN_MODE, GL_SPHERE_MAP);

return TRUE; // 初始化完成，成功返回
}

下面的代码绘制我们的球

void DrawObject()        // 绘制我们的球
{
glColor3f(1.0f, 1.0f, 1.0f);     // 设置为白色
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[1]);    // 设置为球的纹理
gluSphere(q, 0.35f, 32, 16);     // 绘制球

绘制完一个白色的球后，我们使用环境贴图来绘制另一个球，把这两个球按alpha混合起来。

glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[2]);    // 设置为环境纹理
glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.4f);     // 使用alpha为40%的白色
glEnable(GL_BLEND);      // 启用混合
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE);     // 把原颜色的40%与目标颜色混合
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_S);      // 使用球映射
glEnable(GL_TEXTURE_GEN_T);

gluSphere(q, 0.35f, 32, 16); // 绘制球体，并混合

glDisable(GL_TEXTURE_GEN_S);     // 让OpenGL回到默认的属性
glDisable(GL_TEXTURE_GEN_T);
glDisable(GL_BLEND);
}

绘制地板

void DrawFloor()
{
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture[0]);    // 选择地板纹理，地板由一个长方形组成
glBegin(GL_QUADS);
  glNormal3f(0.0, 1.0, 0.0);
  glTexCoord2f(0.0f, 1.0f);     // 左下
  glVertex3f(-2.0, 0.0, 2.0);

glTexCoord2f(0.0f, 0.0f); // 左上
glVertex3f(-2.0, 0.0,-2.0);

glTexCoord2f(1.0f, 0.0f); // 右上
glVertex3f( 2.0, 0.0,-2.0);

  glTexCoord2f(1.0f, 1.0f);     // 右下
  glVertex3f( 2.0, 0.0, 2.0);
glEnd();
}

现在到了我们绘制函数的地方，我们将把所有的模型结合起来创建一个反射的场景。
向往常一样先把各个缓存清空，接着定义我们的剪切平面，它用来剪切我们的图像。这个平面的方程为equ[]={0,-1,0,0},向你所看到的它的法线是指向-y轴的，这告诉我们你只能看到y轴坐标小于0的像素，如果你启用剪切功能的话。
关于剪切平面，我们在后面会做更多的讨论。继续吧：）

int DrawGLScene(GLvoid)
{
// 清除缓存
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);

// 设置剪切平面
double eqr[] = {0.0f,-1.0f, 0.0f, 0.0f};

下面我们把地面向下平移0.6个单位，因为我们的眼睛在y=0的平面，如果不平移的话，那么看上去平面就会变为一条线，为了看起来更真实，我们平移了它。

glLoadIdentity();
glTranslatef(0.0f, -0.6f, zoom);     // 平移和缩放地面

下面我们设置了颜色掩码，在默认情况下所有的颜色都可以写入，即在函数glColorMask中，所有的参数都被设为GL_TRUE，如果设为零表示这部分颜色不可写入。现在我们不希望在屏幕上绘制任何东西，所以把参数设为0。

glColorMask(0,0,0,0);

下面来设置蒙板缓存和蒙板测试。
首先我们启用蒙板测试，这样就可以修改蒙板缓存中的值。

下面我们来解释蒙板测试函数的含义：
当你使用glEnable(GL_STENCIL_TEST)启用蒙板测试之后，蒙板函数用于确定一个颜色片段是应该丢弃还是保留（被绘制）。蒙板缓存区中的值与参考值ref进行比较，比较标准是func所指定的比较函数。参考值和蒙板缓存区的值都可以与掩码进行为AND操作。蒙板测试的结果还导致蒙板缓存区根据glStencilOp函数所指定的行为进行修改。
func的参数值如下：

常量	含义
GL_NEVER	从不通过蒙板测试
GL_ALWAYS	总是通过蒙板测试
GL_LESS	只有参考值<(蒙板缓存区的值&mask)时才通过
GL_LEQUAL	只有参考值<=(蒙板缓存区的值&mask)时才通过
GL_EQUAL	只有参考值=(蒙板缓存区的值&mask)时才通过
GL_GEQUAL	只有参考值>=(蒙板缓存区的值&mask)时才通过
GL_GREATER	只有参考值>(蒙板缓存区的值&mask)时才通过
GL_NOTEQUAL	只有参考值!=(蒙板缓存区的值&mask)时才通过

接下来我们解释glStencilOp函数，它用来根据比较结果修改蒙板缓存区中的值，它的函数原形为：
void glStencilOp(GLenum sfail, GLenum zfail, GLenum zpass)，各个参数的含义如下：
sfail
当蒙板测试失败时所执行的操作

zfail
当蒙板测试通过，深度测试失败时所执行的操作

zpass
当蒙板测试通过，深度测试通过时所执行的操作

具体的操作包括以下几种

常量	描述
GL_KEEP	保持当前的蒙板缓存区值
GL_ZERO	把当前的蒙板缓存区值设为0
GL_REPLACE	用glStencilFunc函数所指定的参考值替换蒙板参数值
GL_INCR	增加当前的蒙板缓存区值，但限制在允许的范围内
GL_DECR	减少当前的蒙板缓存区值，但限制在允许的范围内
GL_INVERT	将当前的蒙板缓存区值进行逐位的翻转

当完成了以上操作后我们绘制一个地面，当然现在你什么也看不到，它只是把覆盖地面的蒙板缓存区中的相应位置设为1。
glEnable(GL_STENCIL_TEST);    // 启用蒙板缓存
glStencilFunc(GL_ALWAYS, 1, 1);   // 设置蒙板测试总是通过，参考值设为1，掩码值也设为1
glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_REPLACE);  // 设置当深度测试不通过时，保留蒙板中的值不变。如果通过则使用参考值替换蒙板值
glDisable(GL_DEPTH_TEST);    // 禁用深度测试
DrawFloor();     // 绘制地面

我们现在已经在蒙板缓存区中建立了地面的蒙板了，这是绘制影子的关键，如果想知道为什么，接着向后看吧:)
下面我们启用深度测试和绘制颜色，并相应设置蒙板测试和函数的值，这种设置可以使我们在屏幕上绘制而不改变蒙板缓存区的值。

glEnable(GL_DEPTH_TEST);      //启用深度测试
glColorMask(1,1,1,1);      // 可以绘制颜色
glStencilFunc(GL_EQUAL, 1, 1);     //下面的设置指定当我们绘制时，不改变蒙板缓存区的值
glStencilOp(GL_KEEP, GL_KEEP, GL_KEEP);

下面的代码设置并启用剪切平面，使得只能在地面的下方绘制

glEnable(GL_CLIP_PLANE0);      // 使用剪切平面
glClipPlane(GL_CLIP_PLANE0, eqr);     // 设置剪切平面为地面，并设置它的法线为向下
glPushMatrix();       // 保存当前的矩阵
  glScalef(1.0f, -1.0f, 1.0f);    // 沿Y轴反转

由于上面已经启用了蒙板缓存，则你只能在蒙板中值为1的地方绘制，反射的实质就是在反射屏幕的对应位置在绘制一个物体，并把它放置在反射平面中。下面的代码完成这个功能

  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPos);   // 设置灯光0
  glTranslatef(0.0f, height, 0.0f);
  glRotatef(xrot, 1.0f, 0.0f, 0.0f);
  glRotatef(yrot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
  DrawObject();      // 绘制反射的球
glPopMatrix();       // 弹出保存的矩阵
glDisable(GL_CLIP_PLANE0);      // 禁用剪切平面
glDisable(GL_STENCIL_TEST);      // 关闭蒙板

下面的代码绘制地面，并把地面颜色和反射的球颜色混合，使其看起来像反射的效果。

glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, LightPos);
glEnable(GL_BLEND);       // 启用混合
glDisable(GL_LIGHTING);       // 关闭光照
glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.8f);      // 设置颜色为白色
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);    // 设置混合系数
DrawFloor();        // 绘制地面

下面的代码在距地面高为height的地方绘制一个真正的球

glEnable(GL_LIGHTING);       // 使用光照
glDisable(GL_BLEND);       // 禁用混合
glTranslatef(0.0f, height, 0.0f);      // 移动高位height的位置
glRotatef(xrot, 1.0f, 0.0f, 0.0f);      // 设置球旋转的角度
glRotatef(yrot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
DrawObject();        // 绘制球

下面的代码用来处理键盘控制等常规操作

xrot += xrotspeed;       // 更新X轴旋转速度
yrot += yrotspeed;       // 更新Y轴旋转速度
glFlush();       // 强制OpenGL执行所有命令
return TRUE;       // 成功返回
}

下面的代码处理键盘控制，上下左右控制球的旋转。PageUp/Pagedown控制球的上下。A，Z控制球离你的远近。

void ProcessKeyboard()
{
if (keys[VK_RIGHT]) yrotspeed += 0.08f;
if (keys[VK_LEFT]) yrotspeed -= 0.08f;
if (keys[VK_DOWN]) xrotspeed += 0.08f;
if (keys[VK_UP]) xrotspeed -= 0.08f;

if (keys['A']) zoom +=0.05f;
if (keys['Z']) zoom -=0.05f;

if (keys[VK_PRIOR]) height +=0.03f;
if (keys[VK_NEXT]) height -=0.03f;
}

KillGLWindow() 函数没有任何改变

GLvoid KillGLWindow(GLvoid)

CreateGLWindow()函数基本没有改变，只是添加了以行启用蒙板缓存

static PIXELFORMATDESCRIPTOR pfd=
{
  sizeof(PIXELFORMATDESCRIPTOR),
  1,
  PFD_DRAW_TO_WINDOW |
  PFD_SUPPORT_OPENGL |
  PFD_DOUBLEBUFFER,
  PFD_TYPE_RGBA,
  bits,
  0, 0, 0, 0, 0, 0,
  0,
  0,
  0,
  0, 0, 0, 0,
  16,

下面就是在这个函数中唯一改变的地方，记得把0变为1，它启用蒙板缓存。

  1,        // 使用蒙板缓存
  0,
  PFD_MAIN_PLANE,
  0,
  0, 0, 0
};

WinMain()函数基本没有变化，只是加上以行键盘控制的处理函数

ProcessKeyboard(); // 处理按键相应
原文及其个版本源代码下载：

http://nehe.gamedev.net/data/lessons/lesson.asp?lesson=26

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NeHe OpenGL教程 第二十六课：反射

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