09．光源の効果の利用

（開発環境として「Eclipse」を使用した、古い情報です。
　開発環境として「Android Studio」を使用した、新しい情報は、
　「ホーム > プログラミング > モデルビューアを作る ( Android + OpenGL ES 1.0/1.1 ) ( Android Studio 2.3.3 版 )」）

光源の効果を利用すると、描画されるモデルの面に陰影ができ、より立体感がでます。
08．で作成したモデルビューアに光源の効果を付加します。

使用開発環境は、Eclipse 3.7.2 ベースの Pleiades です。

解説

光源の効果を利用した描画をするためにすべきことは以下です。

1. 光源の設定をする。
2. 光源を有効にする。
3. ポリゴンを、頂点の座標値に加えて、頂点の法線ベクトルも設定して描画する。

実装

プロジェクトを開く

08．で作成したモデルビューアプロジェクトを開きます。

光源設定クラスの作成

光源の設定に関するクラスを作成します。

パッケージエクスプローラで、作成したプロジェクトの下の「src」の下の作成したパッケージを右クリックし、 右クリックメニューの「新規 > クラス」 を選択します。


名前 にクラス名「LightSetting」、
を入力し、「完了」ボタンを押します。

LightSettingクラスの中身を以下のようにします。

public class LightSetting { public boolean m_bLightEnabled; public FloatBuffer m_fbLightPosition; public FloatBuffer m_fbLightAmbient; public FloatBuffer m_fbLightDiffuse; public FloatBuffer m_fbLightSpecular; public FloatBuffer m_fbLightSpotDirection; public float m_fLightSpotExponent; // 値の許容範囲[0, 128] public float m_fLightSpotCutoff; // 値の許容範囲[0, 90] or 180 public float m_fLightConstantAttenuation; public float m_fLightLinearAttenuation; public float m_fLightQuadraticAttenuation; public LightSetting() { m_bLightEnabled = false; float[] f4LightPosition = { 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f }; float[] m_f4LightAmbient = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; float[] m_f4LightDiffuse = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; float[] m_f4LightSpecular = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f }; float[] m_f3LightSpotDirection = { 0.0f, 0.0f, -1.0f }; m_fbLightPosition = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( f4LightPosition ); m_fbLightAmbient = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( m_f4LightAmbient ); m_fbLightDiffuse = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( m_f4LightDiffuse ); m_fbLightSpecular = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( m_f4LightSpecular ); m_fbLightSpotDirection = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( m_f3LightSpotDirection ); m_fLightSpotExponent = 0; // 値の許容範囲[0, 128] m_fLightSpotCutoff = 180.0f; // 値の許容範囲[0, 90] or 180 m_fLightConstantAttenuation = 1.0f; m_fLightLinearAttenuation = 0.0f; m_fLightQuadraticAttenuation = 0.0f; } }

ライトOpenGLレンダラクラスの作成

ライトに関する処理を担うライトOpenGLレンダラクラスを、ピックOpenGLレンダラクラスの派生クラスとして作成します。

パッケージエクスプローラで、作成したプロジェクトの下の「src」の下の作成したパッケージを右クリックし、 右クリックメニューの「新規 > クラス」 を選択します。


名前 にクラス名「OpenGLLightRenderer」、
スーパークラスに、「OpenGLPickRenderer」、
を入力し、「完了」ボタンを押します。

モデルビューアレンダラクラスの親クラスの修正

ModelViewerRendererクラスの親クラスを、OpenGLLightRendererクラスに変更します。

public class ModelViewerRenderer extends OpenGLLightRenderer { （・・・省略・・・） }

ライトOpenGLレンダラクラスに、メンバ変数とコンストラクタの追加

ライトOpenGLレンダラクラスに、メンバ変数、コンストラクタを追加します。

public class OpenGLLightRenderer extends OpenGLPickRenderer { private LightSetting[] m_aLightSetting; public OpenGLLightRenderer() { m_aLightSetting = new LightSetting[4]; m_aLightSetting[0] = new LightSetting(); m_aLightSetting[1] = new LightSetting(); m_aLightSetting[2] = new LightSetting(); m_aLightSetting[3] = new LightSetting(); m_aLightSetting[0].m_bLightEnabled = true; float[] f4LightDiffuse = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; float[] f4LightSpecular = { 0.2f, 0.2f, 0.2f, 1.0f }; m_aLightSetting[0].m_fbLightDiffuse = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( f4LightDiffuse ); m_aLightSetting[0].m_fbLightSpecular = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( f4LightSpecular ); } }

ライトOpenGLレンダラクラスに、光源設定関数の追加

ライトOpenGLレンダラクラスに、光源設定関数を追加します。

光源設定関数は、視点座標変換処理の途中で呼び出します。
視点座標変換をオーバラード関数として追加し、視点座標変換処理の途中で、光源設定関数を呼び出すように処理を記述します。

public class OpenGLLightRenderer extends OpenGLPickRenderer { （・・・省略・・・） private void SetupLight() { GL10 gl = getGL(); for( int nIndexLight = 0; nIndexLight < 4; nIndexLight++ ) { if( m_aLightSetting[nIndexLight].m_bLightEnabled ) { gl.glEnable( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight ); gl.glLightfv( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_POSITION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fbLightPosition ); gl.glLightfv( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_AMBIENT, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fbLightAmbient ); gl.glLightfv( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_DIFFUSE, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fbLightDiffuse ); gl.glLightfv( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_SPECULAR, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fbLightSpecular ); gl.glLightfv( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_SPOT_DIRECTION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fbLightSpotDirection ); gl.glLightf( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_SPOT_EXPONENT, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightSpotExponent ); gl.glLightf( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_SPOT_CUTOFF, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightSpotCutoff ); gl.glLightf( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_CONSTANT_ATTENUATION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightConstantAttenuation ); gl.glLightf( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_LINEAR_ATTENUATION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightLinearAttenuation ); gl.glLightf( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL10.GL_QUADRATIC_ATTENUATION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightQuadraticAttenuation ); } else { gl.glDisable( GL10.GL_LIGHT0 + nIndexLight ); } } } @Override protected void setupViewingTransform() { GL10 gl = getGL(); gl.glMatrixMode( GL10.GL_MODELVIEW ); gl.glLoadIdentity(); GLU.gluLookAt( gl, m_fRenderingCenterX, m_fRenderingCenterY, 500, m_fRenderingCenterX, m_fRenderingCenterY, 0.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f ); SetupLight(); gl.glMultMatrixf( m_f16ObjectForm, 0 ); // 表示回転（＝モデル回転） setViewingTransformValid( true ); } }

モデルデータ構造クラスに、頂点法線ベクトルメンバ変数の追加

ポリゴンが光源の効果を受けるには、頂点座標値に加えて、頂点法線ベクトルが必要です。

頂点法線ベクトルに関するメンバ変数の追加します。アクセサ関数も追加します。
コンストラクタに、頂点法線ベクトルデータの構築処理を追加します。

頂点バッファオブジェクトID配列メンバ変数の要素数を１つ増やします。
頂点法線ベクトルの頂点バッファオブジェクトのIDのゲッター関数を追加します。
VBO構築処理関数に、頂点法線ベクトルの頂点バッファオブジェクトの作成、データの転送処理を追加します。

public class Model { （・・・省略・・・） private int[] m_aiVBOid = new int[4]; // VBO ID （・・・省略・・・） private FloatBuffer m_fbNormal; // 法線ベクトルの成分値の配列（３つの成分値で１法線ベクトル） （・・・省略・・・） public int getVBOidNormal() { return m_aiVBOid[3]; } （・・・省略・・・） public FloatBuffer getNormalBuffer() { return m_fbNormal; } （・・・省略・・・） public Model( float[] af3Vertex ) { （・・・省略・・・） // 法線ベクトルの数は、三角形の数の３倍。１つの法線ベクトルは、３成分。 float[] af3Normal = new float[iCountTriangle * 3 * 3]; float[] f3Vertex0 = { 0.0f, 0.0f, 0.0f }; float[] f3Vertex1 = { 0.0f, 0.0f, 0.0f }; float[] f3Vertex2 = { 0.0f, 0.0f, 0.0f }; float[] f3Vector01 = { 0.0f, 0.0f, 0.0f }; float[] f3Vector12 = { 0.0f, 0.0f, 0.0f }; float[] f3VectorNormal = { 0.0f, 0.0f, 0.0f }; float fLength; for( int iIndexTriangle = 0; iIndexTriangle < iCountTriangle; iIndexTriangle++ ) { f3Vertex0[0] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 0] ) + 0]; f3Vertex0[1] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 0] ) + 1]; f3Vertex0[2] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 0] ) + 2]; f3Vertex1[0] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 1] ) + 0]; f3Vertex1[1] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 1] ) + 1]; f3Vertex1[2] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 1] ) + 2]; f3Vertex2[0] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 2] ) + 0]; f3Vertex2[1] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 2] ) + 1]; f3Vertex2[2] = af3Vertex[3 * ( asTriangleVertexIndex[iIndexTriangle * 3 + 2] ) + 2]; f3Vector01[0] = f3Vertex1[0] - f3Vertex0[0]; f3Vector01[1] = f3Vertex1[1] - f3Vertex0[1]; f3Vector01[2] = f3Vertex1[2] - f3Vertex0[2]; f3Vector12[0] = f3Vertex2[0] - f3Vertex1[0]; f3Vector12[1] = f3Vertex2[1] - f3Vertex1[1]; f3Vector12[2] = f3Vertex2[2] - f3Vertex1[2]; f3VectorNormal[0] = f3Vector01[1] * f3Vector12[2] - f3Vector01[2] * f3Vector12[1]; f3VectorNormal[1] = f3Vector01[2] * f3Vector12[0] - f3Vector01[0] * f3Vector12[2]; f3VectorNormal[2] = f3Vector01[0] * f3Vector12[1] - f3Vector01[1] * f3Vector12[0]; fLength = FloatMath.sqrt( f3VectorNormal[0] * f3VectorNormal[0] + f3VectorNormal[1] * f3VectorNormal[1] + f3VectorNormal[2] * f3VectorNormal[2] ); f3VectorNormal[0] /= fLength; f3VectorNormal[1] /= fLength; f3VectorNormal[2] /= fLength; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 0] = f3VectorNormal[0]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 1] = f3VectorNormal[1]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 2] = f3VectorNormal[2]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 3] = f3VectorNormal[0]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 4] = f3VectorNormal[1]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 5] = f3VectorNormal[2]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 6] = f3VectorNormal[0]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 7] = f3VectorNormal[1]; af3Normal[iIndexTriangle * 9 + 8] = f3VectorNormal[2]; } m_fbNormal = OpenGLBaseRenderer.makeFloatBuffer( af3Normal ); } public void createVBO( GL10 gl ) { （・・・省略・・・） // データの転送 if( 0 != m_aiVBOid[0] ) { （・・・省略・・・） // Normalデータの転送 gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ARRAY_BUFFER, getVBOidNormal() ); gl11.glBufferData( GL11.GL_ARRAY_BUFFER, m_fbNormal.capacity() * SIZEOF_FLOAT, m_fbNormal, GL11.GL_STATIC_DRAW ); // バインドの解除 gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ARRAY_BUFFER, 0 ); gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, 0 ); } } （・・・省略・・・） }

モデル描画関数のオーバーライド

モデルビューアレンダラクラスの描画処理を、光源の効果を利用した描画処理に変更します。

public class ModelViewerRenderer extends OpenGLLightRenderer { （・・・省略・・・） @Override protected void renderModel( ERENDERMODE eRenderMode ) { （・・・省略・・・） // 面の描画 if( m_bRenderFace && null != model.getTriangleVertexIndexBuffer() ) { if( ERENDERMODE.RM_PICK_ELEMENTID == eRenderMode ) { gl.glEnableClientState( GL10.GL_COLOR_ARRAY ); if( 0 != getVBOidTriangleIdColor() ) { // Use VBO // 色配列の指定 gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ARRAY_BUFFER, getVBOidTriangleIdColor() ); gl11.glColorPointer( 4, // Must be 4. GL10.GL_UNSIGNED_BYTE, 0, 0 ); } else { // 色配列の指定 gl.glColorPointer( 4, // Must be 4. GL10.GL_UNSIGNED_BYTE, 0, getTriangleIdColorBuffer() ); } } else if( ERENDERMODE.RM_PICK_ELEMENTTYPE == eRenderMode ) { gl.glColor4f( 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f ); } else { gl.glEnableClientState( GL10.GL_NORMAL_ARRAY ); if( 0 != model.getVBOidNormal() ) { // Use VBO // 法線ベクトル配列の指定 gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ARRAY_BUFFER, model.getVBOidNormal() ); gl11.glNormalPointer( GL10.GL_FLOAT, 0, 0 ); } else { // 法線ベクトル配列の指定 gl.glNormalPointer( GL10.GL_FLOAT, 0, model.getNormalBuffer() ); } gl.glEnable( GL10.GL_LIGHTING ); // 光源の効果を有効にする。 gl.glEnable( GL10.GL_NORMALIZE ); // OpenGL側で法線ベクトルを単位法線ベクトル化するようにする gl.glLightModelx( GL10.GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, 1 );// 面の表と裏に光があたるようにする gl.glEnable( GL10.GL_COLOR_MATERIAL );// 色設定をマテリアル設定として使用するようにする gl.glColor4f( 0.5f, 0.5f, 0.0f, 1.0f ); } if( 0 != model.getVBOidTriangleVertexIndex() ) { // Use VBO gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, model.getVBOidTriangleVertexIndex() ); gl11.glDrawElements( GL10.GL_TRIANGLES, model.getTriangleVertexIndexBuffer().capacity(), GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, 0 ); } else { gl.glDrawElements( GL10.GL_TRIANGLES, model.getTriangleVertexIndexBuffer().capacity(), GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, model.getTriangleVertexIndexBuffer().position( 0 ) ); } gl.glDisable( GL10.GL_LIGHTING ); // 光源の効果を無効にする。 gl.glDisableClientState( GL10.GL_COLOR_ARRAY ); gl.glDisableClientState( GL10.GL_NORMAL_ARRAY ); // 法線ベクトル配列の無効化 // ピック面の描画 if( ERENDERMODE.RM_RENDER == eRenderMode ) { if( ERENDERELEMENTTYPE.RET_FACE.getValue() == m_aiName[1] ) { int iIndexTriangle = m_aiName[2]; gl.glColor4f( 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f ); if( 0 != model.getVBOidTriangleVertexIndex() ) { // Use VBO gl11.glBindBuffer( GL11.GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, model.getVBOidTriangleVertexIndex() ); gl11.glDrawElements( GL10.GL_TRIANGLES, 3, GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, 3 * iIndexTriangle * SIZEOF_SHORT ); } else { gl.glDrawElements( GL10.GL_TRIANGLES, 3, GL10.GL_UNSIGNED_SHORT, model.getTriangleVertexIndexBuffer().position( 3 * iIndexTriangle ) ); } } } } （・・・省略・・・）

実行

Android Virtual Device にて、動作確認。

※ ターゲット：「Android 4.0.3 - API Level 15」、ハードウェア：「GPU emulation」をyes、として作成したAndroid Virtual Device にて動作確認。

実行し、07．で作成したモデルビューアと、描画速度を比較します。

モデルの面の明るさに差があり、立体感があります。

ModelData01.stlファイルの読み込み

ダウンロード

サンプルプロジェクト

サンプルモデル（ModelData01.stl）

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