VisualC++ を使った OpenGL 入門
【４日目】 光源

４日目。光源の登場。
物体に光と影が描画されます。

OpenGL と C++ によるソース

#include <GL/glut.h>

int WindowPositionX = 100;  //生成するウィンドウ位置のX座標
int WindowPositionY = 100;  //生成するウィンドウ位置のY座標
int WindowWidth = 512;    //生成するウィンドウの幅
int WindowHeight = 512;    //生成するウィンドウの高さ
char WindowTitle[] = "世界の始まり";  //ウィンドウのタイトル

//----------------------------------------------------
// 直方体の定義
//----------------------------------------------------
GLdouble vertex[][3] = {
  { 0.0, 0.0, 0.0 },
  { 2.0, 0.0, 0.0 },
  { 2.0, 2.0, 0.0 },
  { 0.0, 2.0, 0.0 },
  { 0.0, 0.0, 30.0 },
  { 2.0, 0.0, 30.0 },
  { 2.0, 2.0, 30.0 },
  { 0.0, 2.0, 30.0 }
};
int face[][4] = {//面の定義
  { 0, 1, 2, 3 },
  { 1, 5, 6, 2 },
  { 5, 4, 7, 6 },
  { 4, 0, 3, 7 },
  { 4, 5, 1, 0 },
  { 3, 2, 6, 7 }
};
GLdouble normal[][3] = {//面の法線ベクトル
  { 0.0, 0.0,-1.0 },
  { 1.0, 0.0, 0.0 },
  { 0.0, 0.0, 1.0 },
  {-1.0, 0.0, 0.0 },
  { 0.0,-1.0, 0.0 },
  { 0.0, 1.0, 0.0 }
};
//----------------------------------------------------
// 物質質感の定義
//----------------------------------------------------
struct MaterialStruct {
  GLfloat ambient[4];
  GLfloat diffuse[4];
  GLfloat specular[4];
  GLfloat shininess;
};
//jade(翡翠)
MaterialStruct ms_jade = {
  {0.135,     0.2225,   0.1575,   1.0},
  {0.54,      0.89,     0.63,     1.0},
  {0.316228,  0.316228, 0.316228, 1.0},
  12.8};
//ruby(ルビー)
MaterialStruct ms_ruby  = {
  {0.1745,   0.01175,  0.01175,   1.0},
  {0.61424,  0.04136,  0.04136,   1.0},
  {0.727811, 0.626959, 0.626959,  1.0},
  76.8};
//----------------------------------------------------
// 色の定義の定義
//----------------------------------------------------
GLfloat red[] = { 0.8, 0.2, 0.2, 1.0 }; //赤色
GLfloat green[] = { 0.2, 0.8, 0.2, 1.0 };//緑色
GLfloat blue[] = { 0.2, 0.2, 0.8, 1.0 };//青色
GLfloat yellow[] = { 0.8, 0.8, 0.2, 1.0 };//黄色
GLfloat white[] = { 1.0, 1.0, 1.0, 1.0 };//白色
GLfloat shininess = 30.0;//光沢の強さ
//-----------------------------------------

//----------------------------------------------------
// 関数プロトタイプ（後に呼び出す関数名と引数の宣言）
//----------------------------------------------------
void Initialize(void);
void Display(void);
void Ground(void);  //大地の描画
//----------------------------------------------------
// メイン関数
//----------------------------------------------------
int main(int argc, char *argv[]){
  glutInit(&argc, argv);//環境の初期化
  glutInitWindowPosition(WindowPositionX, WindowPositionY);//ウィンドウの位置の指定
  glutInitWindowSize(WindowWidth, WindowHeight); //ウィンドウサイズの指定
  glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE);//ディスプレイモードの指定
  glutCreateWindow(WindowTitle);  //ウィンドウの作成
  glutDisplayFunc(Display); //描画時に呼び出される関数を指定する（関数名：Display）
  Initialize(); //初期設定の関数を呼び出す
  glutMainLoop();
  return 0;
}
//----------------------------------------------------
// 初期設定の関数
//----------------------------------------------------
void Initialize(void){
  glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0); //背景色
  glEnable(GL_DEPTH_TEST);//デプスバッファを使用：glutInitDisplayMode() で GLUT_DEPTH を指定する

  //光源の設定--------------------------------------
  GLfloat light_position0[] = { -50.0, -50.0, 20.0, 1.0 }; //光源0の座標
  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position0); //光源0を

  //透視変換行列の設定------------------------------
  glMatrixMode(GL_PROJECTION);//行列モードの設定（GL_PROJECTION : 透視変換行列の設定、GL_MODELVIEW：モデルビュー変換行列）
  glLoadIdentity();//行列の初期化
  gluPerspective(30.0, (double)WindowWidth/(double)WindowHeight, 0.1, 1000.0); //透視投影法の視体積gluPerspactive(th, w/h, near, far);

  //視点の設定------------------------------
  gluLookAt(
       0.0, -100.0, 50.0, // 視点の位置x,y,z;
       0.0, 100.0, 0.0,   // 視界の中心位置の参照点座標x,y,z
       0.0, 0.0, 1.0);  //視界の上方向のベクトルx,y,z
  //----------------------------------------
}
//----------------------------------------------------
// 描画の関数
//----------------------------------------------------
void Display(void) {
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT); //バッファの消去

  //モデルビュー変換行列の設定--------------------------
  glMatrixMode(GL_MODELVIEW);//行列モードの設定（GL_PROJECTION : 透視変換行列の設定、GL_MODELVIEW：モデルビュー変換行列）
  glLoadIdentity();//行列の初期化
  glViewport(0, 0, WindowWidth, WindowHeight);
  //----------------------------------------------

  //陰影ON-----------------------------
  glEnable(GL_LIGHTING);
  glEnable(GL_LIGHT0);//光源0を利用
  //-----------------------------------

  //球
  glPushMatrix();
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ms_ruby.ambient);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, ms_ruby.diffuse);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, ms_ruby.specular);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, &ms_ruby.shininess);
  glTranslated(0.0, 10.0, 20.0);//平行移動値の設定
  glutSolidSphere(4.0, 20, 20);//引数：(半径, Z軸まわりの分割数, Z軸に沿った分割数)
  glPopMatrix();

  //立方体
  glPushMatrix();
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, green);
  glTranslated(-20.0, 0.0, 20.0);//平行移動値の設定
  glutSolidCube(10.0);//引数：(一辺の長さ)
  glPopMatrix();

  //円錐
  glPushMatrix();
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, blue);
  glTranslated(20.0, 100.0, 0.0);//平行移動値の設定
  glutSolidCone(5.0,10.0,20,20);//引数：(半径, 高さ, Z軸まわりの分割数, Z軸に沿った分割数)
  glPopMatrix();
  
  //直方体
  glPushMatrix();
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ms_jade.ambient);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, ms_jade.diffuse);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, ms_jade.specular);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, &ms_jade.shininess);
  glTranslated(30.0, 50.0, 0.0);//平行移動値の設定
  glBegin(GL_QUADS);
  for (int j = 0; j < 6; ++j) {
    glNormal3dv(normal[j]); //法線ベクトルの指定
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
      glVertex3dv(vertex[face[j][i]]);
    }
  }
  glEnd();
  glPopMatrix();

  //陰影OFF-----------------------------
  glDisable(GL_LIGHTING);
  //-----------------------------------

  Ground();

  glutSwapBuffers(); //glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE)でダブルバッファリングを利用可
}
//----------------------------------------------------
// 大地の描画
//----------------------------------------------------
void Ground(void) {
    double ground_max_x = 300.0;
    double ground_max_y = 300.0;
    glColor3d(0.8, 0.8, 0.8);  // 大地の色
    glBegin(GL_LINES);
    for(double ly = -ground_max_y ;ly <= ground_max_y; ly+=10.0){
      glVertex3d(-ground_max_x, ly,0);
      glVertex3d(ground_max_x, ly,0);
    }
    for(double lx = -ground_max_x ;lx <= ground_max_x; lx+=10.0){
      glVertex3d(lx, ground_max_y,0);
      glVertex3d(lx, -ground_max_y,0);
    }
    glEnd();
}

ソースの解説

光源番号0の光源の座標を決めます。
光源は0番目から順番に指定することができます。

  GLfloat light_position0[] = { -50.0, -50.0, 20.0, 1.0 }; //光源0の座標
  glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position0); //光源0を

光を当てたい物体の前で、光源の全体のスイッチと光源番号１のスイッチを入れます。

  glEnable(GL_LIGHTING);
  glEnable(GL_LIGHT0);//光源0を利用

光源を作用させると、「glColor3d」関数で指定していた色が無効となります。
「glMaterialfv」を利用して、物体に光源に対する質感を与えます。

  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, ms_ruby.ambient);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, ms_ruby.diffuse);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, ms_ruby.specular);
  glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, &ms_ruby.shininess);

「GLUT」に関数が与えられている球（glutSolidSphere）や立方体（glutSolidCube）の場合には、 物体の「表」「裏」の情報に与えたれているが、任意の物体を自前で定義した場合には、各面に対して法線ベクトルを定義する必要があります。

GLdouble normal[][3] = {//面の法線ベクトル
  { 0.0, 0.0,-1.0 },
  { 1.0, 0.0, 0.0 },
  { 0.0, 0.0, 1.0 },
  {-1.0, 0.0, 0.0 },
  { 0.0,-1.0, 0.0 },
  { 0.0, 1.0, 0.0 }
};
  glBegin(GL_QUADS);
  for (int j = 0; j < 6; ++j) {
    glNormal3dv(normal[j]); //法線ベクトルの指定
    for (int i = 0; i < 4; ++i) {
      glVertex3dv(vertex[face[j][i]]);
    }
  }
  glEnd();

参考ページ

物体の質感を出すために必要な構造体として、 「OpenGL（Akita National College of Technology Yamamoto's Laboratory ）」 のページ内にあるソースを利用させていただきました。

【目次】 (VisualC++ を使った OpenGL 入門)

• 【参考文献リスト】
• ■ 【０日目】はじめに ・ （0.1日目）OpenGL と Visual C++ 2008 Express Edition の準備
• ■ 【１日目】 世界の始まり ・（1.1日目）OpenGL の基本形
• ■ 【２日目】 地平線 ・ （2.1日目）視点の設定
• ■ 【３日目】 創造物
• ■ 【４日目】 光源
• ■ 【５日目】 視点
• ■ 【６日目】 記憶
• ■ 【７日目】 キーボード入力
• ■ 【８日目】 影
• ■ 【９日目】 文字
• ■ 【１０日目】 回転

未分類

• ・ Windows7 OpenGL freeglut のインストール
• ・ OpenGLで霧を表現
• ・ 光源のパラメータ設定１
• ・ 光源のパラメータ設定２
• ・ 光源のパラメータ設定３
• ・ 平面に光をあてるときの注意点
• ・ 波動方程式のテスト
• ・ OpenGLで霧を表現
• ・ OpenGLのカラーサンプル（teapots.c）
• ・ 直方体を回転させよう！