10．光源の効果の利用

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。

09．で作成したモデルビューワに光源の効果を付加します。

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。

光源の設定をする。
光源を有効にする。
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。

プロジェクトを開く

09．で作成したモデルビューワプロジェクトを開きます。

ライトOpenGLRendererクラスを新規作成する

「メニュー／プロジェクト／クラスの追加」でクラス名「COpenGLRendererLight」のクラスを作成します。

テンプレート：C++ クラス
で追加ボタンを押します。

クラス名：COpenGLRendererLight
基底クラス：COpenGLRendererTrack
で完了ボタンを押します。

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

ピックOpenGLレンダラクラスの親クラスの変更

OpenGLRendererPick.hの
#include "OpenGLRendererTrack.h"
を
#include "OpenGLRendererLight.h"
に書き換えます。

COpenGLRendererPickクラスの親クラス指定の
public COpenGLRendererTrack
を
public COpenGLRendererLight
に書き換えます。

#pragma once //#include "OpenGLRendererTrack.h" #include "OpenGLRendererLight.h" （・・・略・・・） class COpenGLRendererPick : //public COpenGLRendererTrack public COpenGLRendererLight { （・・・略・・・）

OpenGLPickView.cpp の
「COpenGLRendererTrack」を「COpenGLRendererLight」に置換します。（「大文字と小文字を区別する」「単語単位」にチェックを入れます。）

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

光源設定データ構造の作成

OpenGLRendererLight.hに
以下のような光源設定データ構造を作成します。

#pragma once #include "OpenGLRendererTrack.h" class CLightSetting { public: bool m_bLightEnabled; GLfloat m_f4LightPosition[4]; GLfloat m_f4LightAmbient[4]; GLfloat m_f4LightDiffuse[4]; GLfloat m_f4LightSpecular[4]; GLfloat m_f3LightSpotDirection[3]; GLfloat m_fLightSpotExponent; // 値の許容範囲[0, 128] GLfloat m_fLightSpotCutoff; // 値の許容範囲[0, 90] or 180 GLfloat m_fLightConstantAttenuation; GLfloat m_fLightLinearAttenuation; GLfloat m_fLightQuadraticAttenuation; public: CLightSetting() : m_bLightEnabled( 0 ), 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 ), m_fLightQuadraticAttenuation( 0 ) { m_f4LightPosition[0] = 0.0f; m_f4LightPosition[1] = 0.0f; m_f4LightPosition[2] = 1.0f; m_f4LightPosition[3] = 0.0f; m_f4LightAmbient[0] = 0.0f; m_f4LightAmbient[1] = 0.0f; m_f4LightAmbient[2] = 0.0f; m_f4LightAmbient[3] = 1.0f; m_f4LightDiffuse[0] = 0.0f; m_f4LightDiffuse[1] = 0.0f; m_f4LightDiffuse[2] = 0.0f; m_f4LightDiffuse[3] = 1.0f; m_f4LightSpecular[0] = 0.0f; m_f4LightSpecular[1] = 0.0f; m_f4LightSpecular[2] = 0.0f; m_f4LightSpecular[3] = 1.0f; m_f3LightSpotDirection[0] = 0.0f; m_f3LightSpotDirection[1] = 0.0f; m_f3LightSpotDirection[2] = -1.0f; } }; class COpenGLRendererLight : public COpenGLRendererTrack { public: COpenGLRendererLight(); ~COpenGLRendererLight(); };

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メンバ変数、メンバ関数の宣言の追加

OpenGLRendererLight.h のライトOpenGLレンダラクラス定義にメンバ変数、メンバ関数の宣言を追加します。

class COpenGLRendererLight : public COpenGLRendererTrack { public: COpenGLRendererLight(); ~COpenGLRendererLight(); // メンバ変数 private: CLightSetting m_aLightSetting[4]; // メンバ関数 private: bool SetupLight(); bool SetupModelViewMatrix(); };

メンバ変数の初期化

OpenGLRendererLight.cpp のライトOpenGLレンダラクラスのコンストラクタにメンバ変数の初期化を追加します。

COpenGLRendererLight::COpenGLRendererLight() { m_aLightSetting[0].m_bLightEnabled = true; m_aLightSetting[0].m_f4LightDiffuse[0] = 1.0f; m_aLightSetting[0].m_f4LightDiffuse[1] = 1.0f; m_aLightSetting[0].m_f4LightDiffuse[2] = 1.0f; m_aLightSetting[0].m_f4LightSpecular[0] = 0.2f; m_aLightSetting[0].m_f4LightSpecular[1] = 0.2f; m_aLightSetting[0].m_f4LightSpecular[2] = 0.2f; }

メンバ関数の定義の追加

OpenGLRendererLight.cpp の末尾にメンバ関数の定義を追加します。
光源が、「モデル座標系の移動の影響は受けるが、モデル回転変換の影響は受けない」ように、SetupLight関数の呼び出しをモデル座標系の移動と、モデル回転変換の間に配置します。

bool COpenGLRendererLight::SetupLight() { for( int nIndexLight = 0; nIndexLight < 4; nIndexLight++ ) { if( m_aLightSetting[nIndexLight].m_bLightEnabled ) { glEnable( GL_LIGHT0 + nIndexLight ); glLightfv( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_POSITION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_f4LightPosition ); glLightfv( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_AMBIENT, m_aLightSetting[nIndexLight].m_f4LightAmbient ); glLightfv( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_DIFFUSE, m_aLightSetting[nIndexLight].m_f4LightDiffuse ); glLightfv( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_SPECULAR, m_aLightSetting[nIndexLight].m_f4LightSpecular ); glLightfv( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_SPOT_DIRECTION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_f3LightSpotDirection ); glLightf( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_SPOT_EXPONENT, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightSpotExponent ); glLightf( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_SPOT_CUTOFF, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightSpotCutoff ); glLightf( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_CONSTANT_ATTENUATION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightConstantAttenuation ); glLightf( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_LINEAR_ATTENUATION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightLinearAttenuation ); glLightf( GL_LIGHT0 + nIndexLight, GL_QUADRATIC_ATTENUATION, m_aLightSetting[nIndexLight].m_fLightQuadraticAttenuation ); } else { glDisable( GL_LIGHT0 + nIndexLight ); } } return true; } bool COpenGLRendererLight::SetupModelViewMatrix() { glMatrixMode( GL_MODELVIEW ); glLoadIdentity(); gluLookAt( m_f3RenderingCenter[0], m_f3RenderingCenter[1], m_f3RenderingCenter[2] + 500.0, // 視点 m_f3RenderingCenter[0], m_f3RenderingCenter[1], m_f3RenderingCenter[2], // 注視点 0.0, 1.0, 0.0 ); // 上ベクトル SetupLight(); glMultMatrixf( (GLfloat*)m_f16ViewingTransformMatrix ); // 表示回転（＝モデル回転） return true; }

OpenGLRendererTrack.h のトラックOpenGLレンダラクラスのメンバ変数
m_f3RenderingCenter
m_f16ViewingTransformMatrix
をprotected変数とします。

class COpenGLRendererTrack : public COpenGLRendererBase { （・・・略・・・） // メンバ変数 private: POINT m_ptLast; GLfloat m_fRenderingRate; // 拡大率 protected: ETRACKINGMODE m_eTrackingMode; GLfloat m_f3RenderingCenter[3]; // 描画中心 GLfloat m_f16ViewingTransformMatrix[16]; （・・・略・・・）

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

モデルデータ構造クラスに、頂点法線ベクトルメンバー変数の追加

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。

頂点法線ベクトルのバッファオブジェクトのIDを取得する関数を追加します。（GetTriangleVertexNormalVboID関数）
VBO構築処理関数に、頂点法線ベクトルの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。

Model.h の CModel クラス宣言の内容を以下のようにします。

class CModel { （・・・省略・・・） unsigned int GetTriangleVertexVboID() { return m_auiVboID[0]; } unsigned int GetEdgeVertexIndexVboID() { return m_auiVboID[1]; } unsigned int GetTriangleVertexNormalVboID() { return m_auiVboID[2]; } void MakeVBO(); void DestroyVBO(); };

Model.cpp の CModel::MakeVBO 関数の内容を以下のようにします。

void CModel::MakeVBO() { // VBO ID 配列の生成（・・・省略・・・） // 三角形頂点配列（・・・省略・・・） // 稜線頂点番号配列（・・・省略・・・） // 三角形頂点法線配列 uiCountData = m_vIndexedTriangle.size() * 3 * 3; // // １つの三角形は、３頂点。１頂点は３ベクトル値。 float* afTriangleVertexNormal = new float[uiCountData]; for( unsigned int uiIndexTriangle = 0; uiIndexTriangle < m_vIndexedTriangle.size(); uiIndexTriangle++ ) { // 頂点番号保持三角形の取得 CIndexedTriangle& rIndexedTriangle = m_vIndexedTriangle[uiIndexTriangle]; // 三角形の３頂点座標の取得 CVector& rVertex0 = m_vVertex[rIndexedTriangle.m_ui3IndexVertex[0]]; CVector& rVertex1 = m_vVertex[rIndexedTriangle.m_ui3IndexVertex[1]]; CVector& rVertex2 = m_vVertex[rIndexedTriangle.m_ui3IndexVertex[2]]; // １点目から２点目へのベクトル、２点目から３点目へのベクトルを求める CVector vector01( rVertex1.x - rVertex0.x, rVertex1.y - rVertex0.y, rVertex1.z - rVertex0.z ); CVector vector12( rVertex2.x - rVertex1.x, rVertex2.y - rVertex1.y, rVertex2.z - rVertex1.z ); // ２つのベクトルの法線ベクトルを求める CVector vectorNormal = { vector01.y * vector12.z - vector01.z * vector12.y, vector01.z * vector12.x - vector01.x * vector12.z, vector01.x * vector12.y - vector01.y * vector12.x }; float fLength = (float)sqrt( vectorNormal.x * vectorNormal.x + vectorNormal.y * vectorNormal.y + vectorNormal.z * vectorNormal.z ); vectorNormal.x /= fLength; vectorNormal.y /= fLength; vectorNormal.z /= fLength; // 法線ベクトル値配列にセット afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 0] = vectorNormal.x; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 1] = vectorNormal.y; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 2] = vectorNormal.z; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 3] = vectorNormal.x; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 4] = vectorNormal.y; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 5] = vectorNormal.z; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 6] = vectorNormal.x; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 7] = vectorNormal.y; afTriangleVertexNormal[uiIndexTriangle * 9 + 8] = vectorNormal.z; } glBindBuffer( GL_ARRAY_BUFFER, GetTriangleVertexNormalVboID() ); glBufferData( GL_ARRAY_BUFFER, uiCountData * sizeof( float ), afTriangleVertexNormal, GL_STATIC_DRAW ); glBindBuffer( GL_ARRAY_BUFFER, 0 ); // バインドの解除 delete afTriangleVertexNormal; // VRAMに転送するデータはglBufferDataによって、VRAM上にデータが置かれる。RAM上にデータは不要。 }

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

RenderModelの編集

面に対して光源の効果が有効になるように
CModelViewerRenderer::RenderModel関数
の実装を変更します。

面の描画処理の、描画モードによる色設定の場合分けの通常描画の色設定の処理に、
面に対して光源の効果を有効にする処理
glEnable( GL_LIGHTING );
面の色設定をマテリアル設定とする処理
glEnable( GL_COLOR_MATERIAL )
頂点法線ベクトルのバッファオブジェクトを使用するための処理
glEnableClientState( GL_NORMAL_ARRAY );
glBindBuffer( GL_ARRAY_BUFFER, m_model.GetTriangleVertexNormalVboID() );
glNormalPointer( GL_FLOAT, 0, 0 );
glBindBuffer( GL_ARRAY_BUFFER, 0 );
を追加します。

面の描画処理が終わったら、変更した設定を元に戻します。
面の描画処理の、glDrawArrays関数呼び出し直前に、
glDisableClientState( GL_NORMAL_ARRAY );
glDisable( GL_COLOR_MATERIAL );
glDisable( GL_LIGHTING );
を追加します。

ModelViewerRenderer.cpp のRenderModel関数の内容を以下のようにします。

void CModelViewerRenderer::RenderModel( ERENDERMODE eRenderMode ) { （・・・略・・・） // 面 if( m_bRenderFace ) { if( RM_PICK_ELEMENTID == eRenderMode ) { （・・・略・・・） } else if( RM_PICK_ELEMENTTYPE == eRenderMode ) { （・・・略・・・） } else //if( RM_RENDER == eRenderMode ) { glEnable( GL_LIGHTING ); // 光源の効果を有効にする。 glEnable( GL_COLOR_MATERIAL ); // 面の色設定をマテリアル設定とする。 glColor3f( 0.5f, 0.5f, 0.0f ); glEnableClientState( GL_NORMAL_ARRAY ); // 法線ベクトル配列の有効化 glBindBuffer( GL_ARRAY_BUFFER, m_model.GetTriangleVertexNormalVboID() ); // VBO glNormalPointer( GL_FLOAT, 0, 0 ); glBindBuffer( GL_ARRAY_BUFFER, 0 ); // バインドの解除 } glDrawArrays( GL_TRIANGLES, 0, m_model.m_vIndexedTriangle.size() * 3 ); glDisableClientState( GL_NORMAL_ARRAY ); glDisable( GL_COLOR_MATERIAL ); glDisable( GL_LIGHTING ); glDisableClientState( GL_COLOR_ARRAY ); // ピック面の描画（・・・略・・・） } // 線（・・・略・・・）

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

実行

モデルの面の明るさに差があり、立体感があります。
面の色としてglColorで与えた色が反映されています。

ModelData01.stlファイルの読み込み

ダウンロード

ソースファイルダウンロード ( ModelViewerOpenGLWinAPI2015_10_lighting.zip )