python-3.x - 如何使用 pygame 和 pyopengl 正确添加灯光以使对象获得更好的视野

Question

我正在关注https://pythonprogramming.net/opengl-pyopengl-python-pygame-tutorial/中提供的教程，他在其中教授如何使用 pyOpenGL 和 pygame 渲染立方体。

渲染立方体时，教程为立方体的所有顶点设置颜色，然后显示。但是，在我的项目中，我使用https://www.pygame.org/wiki/OBJFileLoader中提供的代码从 .obj 文件加载对象， 并且我的大多数对象都是全白的。

结论：当我在屏幕上渲染它时，我只能看到全白，非常难看。所以我坚持使用灯光来更好地观察物体，但我无法做到这一点。

我对 pyOpenGl 知之甚少，也找不到更深入的教程。

这是教程中提供的部分代码和结果。（顶点、边、曲面和颜色变量是元组的元组）

def Cube():
    glBegin(GL_QUADS)
    for surface in surfaces:
        x = 0
        for vertex in surface:
            x+=1
            glColor3fv(colors[x])
            glVertex3fv(verticies[vertex])
    glEnd()
    glBegin(GL_LINES)
    for edge in edges:
        for vertex in edge:
            glVertex3fv(verticies[vertex])
    glEnd()


def main():
    pygame.init()
    display = (800,600)
    pygame.display.set_mode(display, DOUBLEBUF|OPENGL)

    gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)
    glTranslatef(0.0,0.0, -5)

    while True:
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:
                pygame.quit()
                quit()      
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        glRotatef(1, 3, 1, 1)     
        Cube()
        pygame.display.flip()
        pygame.time.wait(10)

main()

我试图编辑主要功能以插入一个简单的灯光，但立方体中的颜色刚刚消失：

def main():
    pygame.init()
    display = (800,600)
    pygame.display.set_mode(display, DOUBLEBUF|OPENGL)

    gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)
    glTranslatef(0.0,0.0, -5)

    while True:
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:
                pygame.quit()
                quit()      
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
        glRotatef(1, 3, 1, 1)
        glEnable(GL_LIGHTING)
        glEnable(GL_LIGHT0)

        glPushMatrix()
        glTranslatef(0.0,0.0, 5)
        glLight(GL_LIGHT0, GL_POSITION,  (0, 1, 0, 1))
        glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT,  (0, 1.5, 1, 0))
        glPopMatrix()
        Cube()
        glDisable(GL_LIGHT0)
        glDisable(GL_LIGHTING)

        pygame.display.flip()
        pygame.time.wait(10)

我想要的是带有颜色并被灯光照亮的立方体。我的代码有什么问题以及如何解决？

Answer 1

启用照明 ( GL_LIGHTING) 时，颜色取自材质参数 ( glMaterial)。

如果您仍想使用当前颜色，则必须启用GL_COLOR_MATERIAL 并设置颜色材料参数 ( glColorMaterial)。

环境光不依赖于光源的方向。您必须定义漫反射和/或镜面反射光。见glLightfv：

当灯光位置由 设置时glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos)，该位置乘以当前模型视图矩阵。所以必须在模型变换之前设置好世界空间中的光照位置。GL_PROJECTION在设置投影矩阵之前切换到矩阵模式。否则，灯光位置将乘以投影矩阵。

glMatrixMode(GL_PROJECTION)
gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)

glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
glTranslatef(0, 0, -5)

#glLight(GL_LIGHT0, GL_POSITION,  (0, 0, 1, 0)) # directional light from the front
glLight(GL_LIGHT0, GL_POSITION,  (5, 5, 5, 1)) # point light from the left, top, front
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, (0, 0, 0, 1))
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, (1, 1, 1, 1))

glEnable(GL_DEPTH_TEST) 

while True:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            pygame.quit()
            quit()      

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)

    glEnable(GL_LIGHTING)
    glEnable(GL_LIGHT0)
    glEnable(GL_COLOR_MATERIAL)
    glColorMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE )

    glRotatef(1, 3, 1, 1)
    Cube()

    glDisable(GL_LIGHT0)
    glDisable(GL_LIGHTING)
    glDisable(GL_COLOR_MATERIAL)

    pygame.display.flip()

漫反射（和镜面反射）光取决于表面的法线向量。

定义一个法线向量元组数组(x, y, z)。请注意，以下定义是一个示例。由于您绘制了一个有 6 个面的立方体，因此您必须定义 6 个法向量，但向量的方向取决于您的顶点坐标，我不知道。

normals = [
    ( 0,  0, -1),  # surface 0
    (-1,  0,  0),  # surface 1
    ( 0,  1,  1),  # surface 2
    ( 1,  0,  0),  # surface 3
    ( 0,  1,  0),  # surface 4
    ( 0, -1,  0)   # surface 5
]

并在绘制对象时设置正确的法向量：

def Cube():
    glBegin(GL_QUADS)
    for i_surface, surface in enumerate(surfaces):
        x = 0

        glNormal3fv(normals[i_surface]) # set the normal vector the vertices of the surface

        for vertex in surface:
            x+=1
            glColor3fv(colors[x])
            glVertex3fv(verticies[vertex])
    glEnd()

    glColor3fv(colors[0])
    glBegin(GL_LINES)
    for edge in edges:
        for vertex in edge:
            glVertex3fv(verticies[vertex])
    glEnd()

启用深度测试( glEnable(GL_DEPTH_TEST)) 以获得如下动画：

完整示例代码：

import pygame
from pygame.locals import *

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *

verticies = (
    ( 1, -1, -1), # 0
    ( 1,  1, -1), # 1
    (-1,  1, -1), # 2
    (-1, -1, -1), # 3
    ( 1, -1,  1), # 4
    ( 1,  1,  1), # 5
    (-1, -1,  1), # 6
    (-1,  1,  1), # 7
    )

surfaces = (
    (0,1,2,3),
    (3,2,7,6),
    (6,7,5,4),
    (4,5,1,0),
    (1,5,7,2),
    (4,0,3,6),
    )

normals = [
    ( 0,  0, -1),  # surface 0
    (-1,  0,  0),  # surface 1
    ( 0,  0,  1),  # surface 2
    ( 1,  0,  0),  # surface 3
    ( 0,  1,  0),  # surface 4
    ( 0, -1,  0)   # surface 5
]

colors = (
    (1,1,1),
    (0,1,0),
    (0,0,1),
    (0,1,0),
    (0,0,1),
    (1,0,1),
    (0,1,0),
    (1,0,1),
    (0,1,0),
    (0,0,1),
    )

edges = (
    (0,1),
    (0,3),
    (0,4),
    (2,1),
    (2,3),
    (2,7),
    (6,3),
    (6,4),
    (6,7),
    (5,1),
    (5,4),
    (5,7),
    )


def Cube():
    glBegin(GL_QUADS)
    for i_surface, surface in enumerate(surfaces):
        x = 0
        glNormal3fv(normals[i_surface])
        for vertex in surface:
            x+=1
            glColor3fv(colors[x])
            glVertex3fv(verticies[vertex])
    glEnd()

    glColor3fv(colors[0])
    glBegin(GL_LINES)
    for edge in edges:
        for vertex in edge:
            glVertex3fv(verticies[vertex])
    glEnd()


def main():
    global surfaces

    pygame.init()
    display = (800, 600)
    pygame.display.set_mode(display, DOUBLEBUF|OPENGL)
    clock = pygame.time.Clock()

    glMatrixMode(GL_PROJECTION)
    gluPerspective(45, (display[0]/display[1]), 0.1, 50.0)

    glMatrixMode(GL_MODELVIEW)
    glTranslatef(0, 0, -5)

    #glLight(GL_LIGHT0, GL_POSITION,  (0, 0, 1, 0)) # directional light from the front
    glLight(GL_LIGHT0, GL_POSITION,  (5, 5, 5, 1)) # point light from the left, top, front
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, (0, 0, 0, 1))
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, (1, 1, 1, 1))

    glEnable(GL_DEPTH_TEST) 

    while True:
        for event in pygame.event.get():
            if event.type == pygame.QUIT:
                pygame.quit()
                quit()      

        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT)

        glEnable(GL_LIGHTING)
        glEnable(GL_LIGHT0)
        glEnable(GL_COLOR_MATERIAL)
        glColorMaterial(GL_FRONT_AND_BACK, GL_AMBIENT_AND_DIFFUSE )

        glRotatef(1, 3, 1, 1)
        Cube()

        glDisable(GL_LIGHT0)
        glDisable(GL_LIGHTING)
        glDisable(GL_COLOR_MATERIAL)

        pygame.display.flip()
        clock.tick(60)

main()