# OpenGL project
**Repository Path**: guang-ming-fu/open-gl-project
## Basic Information
- **Project Name**: OpenGL project
- **Description**: 计算机图形学课程大作业
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: AGPL-3.0
- **Default Branch**: main
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No
## Statistics
- **Stars**: 3
- **Forks**: 0
- **Created**: 2023-03-13
- **Last Updated**: 2024-12-30
## Categories & Tags
**Categories**: Uncategorized
**Tags**: None
## README
# 2022_bit_cg_opengl
本项目是BIT 2022年图形学课程的期末大作业。
开发环境：Microsoft Visual Studio 2022 + OpenGL
## 一、项目介绍
### 1、场景介绍
本项目为海面太阳高升的场景。天空上有飞机，海面上有小船，接近海平线有一座金碧辉煌的宝塔，并且位于远处的物体被雾所遮挡。
### 2、交互介绍
**1.鼠标移动**
鼠标移动可以直接控制视角。
**2.鼠标滚轮滑动**
鼠标滚轮滑动可以直接对场景进行放大或缩小。
**3.按键操作**
按键w(↑)、a(←)、s(↓)、d(→)分别控制视点向上、左、下、右移动。
### 3、引用的第三方库
- `glad`库：用于访问opengl的规范化接口的第三方库。
- `GLFW`库：用于图形、窗口、渲染等的第三方库。
- `glm`库：用于进行向量和矩阵的数学计算。
- `assimp`库：读取和加载obj模型
- `stb_image.h`：用于读取图片
### 4、代码介绍
1.游戏控制器`GameController.h`：用于鼠键交互的控制。
- `updateGameController(GLFWwindow* window) `：在GLFW渲染循环中调用，用于处理逐帧的操作
2.照相机`camera.h`：用于控制调整观察视点。
成员变量：
- Position：相机坐标
- Front：相机前朝向向量
- Up：相机上朝向向量
- Right：相机右朝向向量
- Pitch：相机俯仰角
- Yaw：相机摇动角
3.地面`Floor.h`：绘制地面，并贴图。
4.天空盒`skyboxcube.h`：绘制天空盒作为背景。
5.网格`mesh.h`：将读入的模型绑定在网格上，实现模型的绘制和贴图。
6.模型加载`model.h`：读取obj文件，并加载模型的顶点、面、法向量、纹理等，并绘制模型。
7.着色器`shader.h`：编译、链接顶点着色器和片段着色器。
8.纹理`texture.h`：加载和绑定纹理
## 二、XML类图及主要方法注释
## 三、具体技术方案
#### 1. 光照计算
采用冯氏光照模型，光照效果考虑环境光照、漫反射光照和镜面光照。
- **环境光**：我们采用一个系数ambient来乘以光源的颜色作为环境光
```opengl
// ambient
vec3 ambient = light.ambient *
texture(material.diffuse, TexCoords).rgb;
```
- **漫反射**：该部分用来模拟光源对物体的方向性影响，即物体越是正对光源的面越亮，通过法向量和光线方向（点的位置和光源的位置）来计算漫反射光
```opengl
// diffuse
vec3 norm = normalize(Normal);
vec3 lightDir = normalize(light.position - FragPos);
float diff = max(dot(norm, lightDir), 0.0);
vec3 diffuse = light.diffuse * diff *
texture(material.diffuse, TexCoords).rgb;
```
- **镜面反射**：该部分用来模拟光滑物体表面的高光，镜面反射的颜色更倾向于光照颜色
```opengl
// specular
vec3 viewDir = normalize(viewPos - FragPos);
vec3 reflectDir = reflect(-lightDir, norm);
float spec = pow(max(dot(viewDir, reflectDir), 0.0), material.shininess);
vec3 specular = light.specular * spec *
texture(material.specular, TexCoords).rgb;
```
phong光照模型效果
- **光照的拓展部分：**
- **近距离点光源高亮**：当相机位置距离点光源较近时，观察到的物体会出现局部点状高光，符合生活实际的点高光
```
// spotlight (soft edges)
float theta = dot(lightDir, normalize(-light.direction));
float epsilon = (light.cutOff - light.outerCutOff);
float intensity = clamp((theta - light.outerCutOff)
/ epsilon, 0.0, 1.0);
diffuse *= intensity;
specular *= intensity;
```
- **远距离光线稀释**：当物体离相机较远时，从光源打到物体后进入相机的光会被稀释，在实际生活中对应远距离的物体进入到人眼的光线不够强，我们在代码中通过光稀释来实现
```opengl
// attenuation
float distance = length(light.position - FragPos);
float attenuation = 1.0 / (light.constant +
light.linear * distance + light.quadratic * (distance * distance));
ambient *= attenuation;
diffuse *= attenuation;
specular *= attenuation;
```
光照拓展效果
可以看到图2中，远处的飞机显得较暗，而近处且离光线较近的飞机会更亮，这是由于光线稀释的效果。
#### 2. 使用库的模型导入
构建了model类用于读取模型文件，利用assimp第三方库提供好的接口得到顶点、纹理、面、法向量等模型信息，存储起来用于绘制。构建mesh类处理获得的模型文件，解析顶点、面、纹理信息，用相应的着色器进行绘制，可以得到如下的结果，模型的轮廓非常清晰。
导入的飞机模型
模型Model类实现的方法和属性
#### 3. 摄像机控制
为了使视角切换更加灵活，设计了摄像机类，其中有相机的位置和方向，再利用glm提供的lookat矩阵就可以获得观察矩阵，进而传给着色器使用。我们还加入了一些移动、缩放等鼠键的交互设计，检测到相应的键盘输入（如wsad，方向键等)，还有鼠标的移动和滚轮输入，均可调整相机的位置和方向等参数。以下为camera类实现的方法和属性。
摄像机Camera类实现的方法和属性
#### 4. 着色器雾化效果
为了提高虚拟空间的真实性，模拟现实中处于远处的物体会因为雾化而模糊不清，我们为处于远处的物体模型上加上迷雾的效果：在着色器中通过一个时间变量来控制雾化，并且将雾的能见度作为混合因子。
```
float fogcoord = (gl_FragCoord.z/gl_FragCoord.w) * 200;
vec4 fogcolor = vec4(0, 0, 0, 0.5);
float Fog = exp2( - 0.000008 * fogcoord * fogcoord * time);
Fog = clamp(Fog, 0.0, 1.0);
vec4 color = texture(skybox, TexCoords);
if (time == 0)
{
FragColor = color;
}
if (time > 0)
{
FragColor = mix(fogcolor, color, Fog);
}
```
从图中可以看到位于远处的飞机偏暗，这是光线稀释和雾化效果共同作用的结果。