lab09-lighting-and-shading 实验考点与编程专项练习#

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一、 核心知识点整理#

9.1 OpenGL 材质与光照设置#

• 系统使能：glEnable(GL_LIGHTING) 开启固定流水线光照计算，glEnable(GL_LIGHT0) 启用 0 号光源。
• 光源参数：glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos)。pos[3] = 0.0 代表平行光，1.0 代表点光源。
• 材质设置：
  • glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, color)：漫反射颜色率。
  • glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, exponent)：设置高光指数（Shininess 范围 $[0, 128]$）。

9.2 镜面反射高光 (Specular Reflection)#

• 耀眼反光：高光反映的是视线方向与光线出射方向（或半角向量与法线）的近似吻合程度。
• 光泽度控制：高光敏感指数 $n$ 越大，反光区越亮，高光亮斑越小。

9.3 漫反射与法向量#

• 漫反射规律：漫反射颜色强度与光照向量和顶点法线的夹角余弦相关，公式为：$I_{diff} = I_p K_d (L \cdot N)$。
• 法线指定：必须为几何体的每个面或每个顶点指定正确的法向量 glNormal3f(nx, ny, nz)，否则光照明暗计算会出错。

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二、 编程填空专项练习#

9.1 & 9.2 OpenGL 材质与高光设置练习#

#include <GL/freeglut.h>

void init(void)
{
    glEnable(GL_DEPTH_TEST);

    // 1. 开启光照总开关，并开启 0 号光源
    (1)
    (2)

    // 设置 0 号光源属性
    GLfloat light_position[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 0.0f }; // 平行光
    GLfloat light_diffuse[]  = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; // 漫反射白光
    GLfloat light_specular[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f }; // 镜面反射白光
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, light_diffuse);
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, light_specular);

    // 2. 设置物体材质漫反射和镜面反光属性，设定高光指数为 64
    GLfloat mat_diffuse[]  = { 0.95f, 0.72f, 0.18f, 1.0f }; // 金色漫反射
    GLfloat mat_specular[] = { 1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f };    // 白色高光

    (3) // 材质漫反射
    (4) // 材质镜面反射
    (5) // 设置高光指数（光泽度）为 64.0f
}

1. (1) 处需要填入的开启光照系统总开关代码为：（　　）

• A. glEnable(GL_LIGHTING);
• B. glEnable(GL_LIGHT0);
• C. glShadingModel(GL_SMOOTH);
• D. glMaterialfv(...);

2. (2) 处需要填入的开启 0 号光源开关代码为：（　　）

• A. glEnable(GL_LIGHTING);
• B. glEnable(GL_LIGHT0);
• C. glLightfv(...);
• D. glMaterialfv(...);

3. (3) 处需要填入的设置金色漫反射材质代码为：（　　）

• A. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_AMBIENT, mat_diffuse);
• B. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
• C. glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, mat_diffuse);
• D. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_diffuse);

4. (4) 处需要填入的设置镜面反光白光材质代码为：（　　）

• A. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SPECULAR, mat_specular);
• B. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_DIFFUSE, mat_specular);
• C. glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 64.0f);
• D. glLightfv(GL_LIGHT0, GL_SPECULAR, mat_specular);

5. (5) 处设置高光亮斑指数（SHININESS）的代码为：（　　）

• A. glMaterialfv(GL_FRONT, GL_SHININESS, 64.0f);
• B. glMaterialf(GL_FRONT, GL_SHININESS, 64.0f);
• C. glLightf(GL_LIGHT0, GL_SHININESS, 64.0f);
• D. glMaterialf(GL_FRONT, GL_SPECULAR, 64.0f);

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9.3 漫反射与法向量绘制练习#

#include <GL/freeglut.h>

void drawCubeFace(void)
{
    // 3. 设置多边形着色模式为平滑的 Gouraud 颜色插值模式
    (6)

    glBegin(GL_QUADS);

    // 4. 绘制前表面时，必须指定朝向它的法向量：垂直指向 Z 轴正半轴 (0, 0, 1)
    (7)

    glVertex3f(-1.0f, -1.0f, 1.0f);
    glVertex3f( 1.0f, -1.0f, 1.0f);
    glVertex3f( 1.0f,  1.0f, 1.0f);
    glVertex3f(-1.0f,  1.0f, 1.0f);
    glEnd();
}

6. (6) 处设置平滑着色模型的函数代码为：（　　）

• A. glShadingModel(GL_SMOOTH);
• B. glShadingModel(GL_FLAT);
• C. glShadingModel(GL_PHONG);
• D. glEnable(GL_SMOOTH);

7. (7) 处指定当前多边形顶点法向量的函数代码为：（　　）

• A. glNormal3f(0.0f, 0.0f, 1.0f);
• B. glNormal3d(0.0, 0.0, 1.0);
• C. glVertex3f(0.0, 0.0, 1.0);
• D. A 和 B 均正确

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三、 答案与解析#

9.1 & 9.2 练习解析#

【参考答案与解析】

1. 答案：A

• 解析：开启 GL_LIGHTING 用于激活 OpenGL 的内部光照方程计算逻辑。

2. 答案：B

• 解析：开启特定的独立光源必须使用 glEnable(GL_LIGHT0)。

3. 答案：B

• 解析：设置材质的漫反射率需要传入 GL_DIFFUSE 参数，并将颜色向量赋给前向表面 GL_FRONT。

4. 答案：A

• 解析：设置镜面高光颜色反射需要传入 GL_SPECULAR 参数值。

5. 答案：B

• 解析：GL_SHININESS 属性对应的是标量浮点数值（镜面反光指数），应该调用带单浮点参数的 glMaterialf 函数。

9.3 练习解析#

【参考答案与解析】

6. 答案：A

• 解析：GL_SMOOTH 对应的着色机制是 Gouraud 顶点着色平滑过渡。

7. 答案：D

• 解析：法向量指定函数是 glNormal3f 或 glNormal3d，其输入参数表示该顶点的法向量指向。D 选项包含了单双精度两种重载版，均可。