快速学习OSG（5）——light-聚光灯

一、光照

OSG全面支持OpenGL的光照特性，包括材质属性(material property)、光照属性(light property)和光照模型(lighting model)与OpenGL相似，OSG中的光源也是不可见的，而非渲染一-个灯泡或其他自然形状。同样，光源会创建着色效果，但并不创建阴影，osgShadow 可以用来创建阴影。

二、 osg::Light 类

OSG将OpenGL中的glLight(0作了-一个 light状态的类封装，用于保存灯光的模式与属性参数息。osg:Light类派生自os::tateAtribute类，继承了对模式与属性参数信息的操作接口。在os:light类中通过apply (State&state) 函数将灯光的状态参数信息应用到OpenGL的状态机中。

2.1 osg::Light类包括的属性参数如下:

int lightnum; /灯光数量
Vec4 ambient; //环境光颜色
Vec4_ diffuse; //漫射光颜色
Vec4 specular; //镜面光颜色
Vec4_ position; //光源的位置信息
Vec3 direction; //光源的方向
float_ constant attenuation; //常量衰减
float linear attenuation; //线性衰减
float quadratic attenuatin//二次方衰减
float spot exponent; /指数衰减
float spot cutof, /I关闭衰减 (spread)

上面的参数应该都比较容易理解。OSG支持最多8个光源，即GL. _LIGHTO~ GL_ LIGHT7,这与读者的OpenGL版本也有关系。

2.2osg:LightSource类

osg:LightSource类直接继承自osg::Group。作为-一个灯光管理类，继承了osg::Group 类的管理节点的接口;将灯光作为-一个节点可以加入到场景图中进行渲染。

osg::LightSource类中的成员函数为:

void setReferenceFrame (ReferenceFrame rf//设置帧引用

帧引用包括如下两个枚举变量:enum ReferenceFrame

RELATIVE RF,
//相对帧引用
ABSOLUTE RF
//绝对帧引用

设置光源的引用帧时，不是相对于父节点的帧引用，就是相对于绝对坐标的帧，默认的设置为RELATIVE RF,设置帧引用为RELATIVE RF同样会设置CullingActive的标志量为开(ON)状态，并且对它的父节点也起作用:否则，对它与它所有的父节点都禁用拣选(Culling)，对防止不合适的拣选是必需的，如果绝对光源在场景图的深处将会对拣选的时间有影响，因此，推荐在场景的顶部使用绝对的光源。

三、场景中使用光源

在一个场景中添加光源主要包括以下步骤:

(1)指定场景模型的法线。

(2)允许光照并设置光照状态。

(3)指定光源属性并关联到场景图形。

对于场景中的模型，只有当其中没有单位法线时才会正确地显示光照。当场景中的模型没有指定法线时，可以用前面讲到的ostUi::SmoothingVisitor自动生成法线。需要注意的是，法向量必须单位化。有时场景中的模型虽然指定了单位法向量，但是光照的计算结果过于明亮或过于暗淡(可能是缩放变换造成的)，这时最有效的解决方案是在StateSet中允许法线的重放缩模式，代码如下:

osg:StateSet*state - geode >setOrCreateStateSetO;
state->setMode(GL RESCALE NORMAL, osg:StateAtribute::ON);

与在OpenGL中相同，这特性可以保证法线在均匀放缩变换时仍然保持单位长度。如果场最中的放缩变换是非均匀的，那么读者可以允许法线归-化模式，以保证法线为单位长度。由于要进行法线的重新放缩，归一化模式往往会耗费大量的时间，编程时要尽量避免。归一化模式的代码如下:

osg:StateSet*state = geode >setOrCreateStateSctO;
state- >setMode(GL NORMALIZE, osg:StateAttribute::ON);

要在OSG中获得光照效果，需要允许光照并至少允许一个光源。程序osgviewer在默认情况下就是这样做的，它在根节点的StateSet 中已经设置了相应的模式。读者可以在自己的程序中进行相同的设置。下面的代码段用于允许光照并为根节点的StateSet允许两个光源(GL LIGHTO和GL LIGHT1):

osg:StateSet*state = root->getOrCreateStateSetO;
state->setMode(GL LIGHTING, osg:tatatribte::ON):
state- >setMode(GL LIGHTO, osg:StatcAtribute::ON);
state- >setMode(GL LIGHTI, osg::StateAttribute::ON);

在场景中添加一一个光源，可以创建一个osg:Light对象以定义光源参数，然后将osg:Light添加到一个osg:LightSource节点中，并将LightSource节点添加到场景图形。osg:LightSource 是一个包含了唯-的Light定义的高效的组节点，而由osg:Light定义的光源将对整个场景产生影响。下面的代码实现将osg:Light添加到osg:LightSource对象中:

og:ref ptrosg:LightSource> Is = new osg:LightSource;

在实际生活中，当光照照射到物体上时都会反射等现象，所以，在对光源的设置完成以后需要设

置模型的表面材质。

四、实例（聚光灯）

#include <osg/Node>
#include <osg/Geode>
#include <osg/Geometry>
#include <osg/Group>
#include <osg/Camera>
#include <osg/MatrixTransform> //移动节点的矩阵类，最常用的移动节点的类。可随动、旋转控制节点。
#include <osg/PositionAttitudeTransform>
#include <osg/Light> //继承自osg::StateAttribute，保存灯光的模式与属性参数信息
#include <osg/LightSource> //继承自osg::Group，灯光管理类，继承了osg::Group类的管理节点的接口，将灯光作为一个节点加入到场景图中进行渲染
#include <osg/ShapeDrawable>
#include <osg/TexGen>
#include <osg/Texture2D>
#include <osg/TexGenNode>
#include <osgDB/ReadFile>
#include <osgDB/WriteFile>
#include <osgUtil/Optimizer>
#include <osgViewer/Viewer>
#include "../Delaunay/Tex.h"
/**创建聚光灯纹理贴图*创建聚光灯状态属性（前面的纹理贴图也是渲染状态属性之一）*创建聚光灯节点*创建路径动画*创建地形平面（在场景中将之直接设置为模型牛）*创建动画模型（路径为前面设置好的路径动画），将聚光灯节点添加添加到其中，则聚光灯是动态的（飞机）*创建场景：创建动画模型和地形平面（此处设为飞机），动画模型为聚光灯位置，地形平面（牛）为聚光灯照射的地方；将状态属性添加到组节点*则飞机飞到哪个地方（即聚光灯在哪里），牛的哪个地方就照亮
*/
//创建聚光灯纹理的mipmap贴图
osg::ref_ptr<osg::Image> createSpotLightImage(const osg::Vec4 centerColour, const osg::Vec4& backgroudColour, unsigned int size, float power)
{//创建Image对象osg::ref_ptr<osg::Image> image = new osg::Image();//动态分配一个size*size大小的imageimage->allocateImage(size, size, 1, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE);//填充image//以中心为原点，颜色逐渐向四周衰减float mid = (float(size) - 1) * 0.5f;//float div = 2.0f / float(size);float div = 4.0f / float(size);for (unsigned int r = 0; r < size; ++r){unsigned char* ptr = image->data(0, r, 0);for (unsigned int c = 0; c < size; ++c){float dx = (float(c) - mid) * div;float dy = (float(r) - mid) * div;float r = powf(1.0f - sqrtf(dx * dx + dy * dy), power);if (r < 0.0f)r = 0.0f;osg::Vec4 color = centerColour * r + backgroudColour * (1.0f - r);*ptr++ = (unsigned char)((color[0]) * 255.0f);*ptr++ = (unsigned char)((color[1]) * 255.0f);*ptr++ = (unsigned char)((color[2]) * 255.0f);*ptr++ = (unsigned char)((color[3]) * 255.0f);}}return image.release();
}
//创建聚光灯状态属性
osg::ref_ptr<osg::StateSet> createSpotLightDecoratorState(unsigned int lightNum, unsigned int textureUnit)
{//设置中心的颜色和环境光的颜色osg::Vec4 centerColour(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);osg::Vec4 ambientColour(0.5f, 0.5f, 0.5f, 1.0f);//创建聚光灯纹理osg::ref_ptr<osg::Texture2D> texture = new osg::Texture2D();texture->setImage(createSpotLightImage(centerColour, ambientColour, 64, 1.0));texture->setBorderColor(osg::Vec4(ambientColour));texture->setWrap(osg::Texture::WRAP_S, osg::Texture::CLAMP_TO_BORDER);texture->setWrap(osg::Texture::WRAP_T, osg::Texture::CLAMP_TO_BORDER);texture->setWrap(osg::Texture::WRAP_R, osg::Texture::CLAMP_TO_BORDER);osg::ref_ptr<osg::StateSet> stateset = new osg::StateSet();//开启ID为lightNum的光照stateset->setMode(GL_LIGHT0 + lightNum, osg::StateAttribute::ON);//设置自动生成纹理坐标stateset->setTextureMode(textureUnit, GL_TEXTURE_GEN_S, osg::StateAttribute::ON);stateset->setTextureMode(textureUnit, GL_TEXTURE_GEN_T, osg::StateAttribute::ON);stateset->setTextureMode(textureUnit, GL_TEXTURE_GEN_R, osg::StateAttribute::ON);stateset->setTextureMode(textureUnit, GL_TEXTURE_GEN_Q, osg::StateAttribute::ON);//打开纹理单元stateset->setTextureAttributeAndModes(textureUnit, texture.get(), osg::StateAttribute::ON);return stateset.release();
}
//创建聚光灯节点
osg::ref_ptr<osg::Node> createSpotLightNode(const osg::Vec3& position, const osg::Vec3& direction, float angle, unsigned int lightNum, unsigned int textureUnit)
{//创建光源osg::ref_ptr<osg::LightSource> lightsource = new osg::LightSource();osg::ref_ptr<osg::Light> light = lightsource->getLight();light->setLightNum(lightNum);light->setPosition(osg::Vec4(position, 1.0f));light->setAmbient(osg::Vec4(0.00f, 0.00f, 0.05f, 1.0f));light->setDiffuse(osg::Vec4(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f));//计算法向量osg::Vec3 up(0.0f, 0.0f, 1.0f);up = (direction ^ up) ^ direction;up.normalize();//创建自动生成纹理坐标节点osg::ref_ptr<osg::TexGenNode> texgenNode = new osg::TexGenNode();//关联纹理单元texgenNode->setTextureUnit(textureUnit);//设置纹理坐标生成器osg::ref_ptr<osg::TexGen> texgen = texgenNode->getTexGen();//设置模式为视觉线性texgen->setMode(osg::TexGen::EYE_LINEAR);//从视图中指定参考平面texgen->setPlanesFromMatrix(osg::Matrixd::lookAt(position, position + direction, up) * osg::Matrixd::perspective(angle, 1.0, 0.1, 100));osg::ref_ptr<osg::Group> group = new osg::Group();group->addChild(lightsource);group->addChild(texgenNode.get());return group.release();
}
//创建动画路径
osg::ref_ptr<osg::AnimationPath> createAnimationPath(const osg::Vec3 center, float radius, double looptime)
{osg::ref_ptr<osg::AnimationPath> animationPath = new osg::AnimationPath();animationPath->setLoopMode(osg::AnimationPath::LOOP);int numSamples = 40;float yaw = 0.0f;float yaw_delta = 2.0f * osg::PI / ((float)numSamples - 1.0f);float roll = osg::inDegrees(30.0f);double time = 0.0f;double time_delta = looptime / (double)numSamples;for (int i = 0; i < numSamples; ++i){osg::Vec3 position(center + osg::Vec3(sinf(yaw) * radius, cosf(yaw) * radius, 0.0f));osg::Quat rotation(osg::Quat(roll, osg::Vec3(0.0, 1.0, 0.0)) * osg::Quat(-(yaw + osg::inDegrees(90.0f)), osg::Vec3(0.0, 0.0, 1.0)));animationPath->insert(time, osg::AnimationPath::ControlPoint(position, rotation));yaw += yaw_delta;time += time_delta;}return animationPath.release();
}
//创建地形平面
osg::ref_ptr<osg::Node> createBase(const osg::Vec3 center, float radius)
{osg::ref_ptr<osg::Geode> geode = new osg::Geode;osg::ref_ptr<osg::StateSet> stateset = new osg::StateSet();osg::ref_ptr<osg::Image> image = osgDB::readImageFile("Images/lz.rgb");if (image.get()){osg::ref_ptr<osg::Texture2D> texture = new osg::Texture2D();texture->setImage(image.get());stateset->setTextureAttributeAndModes(0, texture.get(), osg::StateAttribute::ON);}geode->setStateSet(stateset.get());osg::ref_ptr<osg::HeightField> grid = new osg::HeightField();grid->allocate(38, 39);grid->setOrigin(center + osg::Vec3(-radius, -radius, 0.0f));grid->setXInterval(radius * 2.0f / (float)(38 - 1));grid->setYInterval(radius * 2.0f / (float)(39 - 1));float minHeight = FLT_MAX;float maxHeight = -FLT_MAX;unsigned int r;for (r = 0; r < 39; ++r){for (unsigned int c = 0; c < 38; ++c){//error：vertex未定义float h = vertex[r + c * 39][2];if (h > maxHeight)maxHeight = h;if (h < minHeight)minHeight = h;}}float heightScale = radius * 0.5f / (maxHeight - minHeight);float heightOffset = -(minHeight + maxHeight) * 0.5f;for (r = 0; r < 39; ++r){for (unsigned int c = 0; c < 38; ++c){//error：vertex未定义float h = vertex[r + c * 39][2];grid->setHeight(c, r, (h + heightOffset) * heightScale);}}geode->addDrawable(new osg::ShapeDrawable(grid.get()));osg::ref_ptr<osg::Group> group = new osg::Group();group->addChild(geode.get());return group.get();
}
//创建动画模型
osg::ref_ptr<osg::Node> createMovingModel(const osg::Vec3 center, float radius)
{osg::ref_ptr<osg::Group> model = new osg::Group();osg::ref_ptr<osg::Node> cessna = osgDB::readNodeFile("cessna.osg");if (cessna.get()){const osg::BoundingSphere& bs = cessna->getBound();float size = radius / bs.radius() * 0.3f;osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> positioned = new osg::MatrixTransform();positioned->setDataVariance(osg::Object::STATIC);positioned->setMatrix(osg::Matrix::translate(-bs.center()) * osg::Matrix::scale(size, size, size) * osg::Matrix::rotate(osg::inDegrees(180.0f), 0.0f, 0.0f, 2.0f));positioned->addChild(cessna.get());float animationLength = 10.0f;osg::ref_ptr<osg::AnimationPath> animationPath = createAnimationPath(center, radius, animationLength);osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> xform = new osg::MatrixTransform();xform->setUpdateCallback(new osg::AnimationPathCallback(animationPath, 0.0f, 2.0));xform->addChild(positioned);//添加聚光灯节点xform->addChild(createSpotLightNode(osg::Vec3(0.0f, 0.0f, 0.0f), osg::Vec3(0.0f, 1.0f, -1.0f), 60.0f, 0, 1));model->addChild(xform.get());}return model.release();
}
//创建场景
osg::ref_ptr<osg::Node> createModel()
{osg::Vec3 center(0.0f, 0.0f, 0.0f);float radius = 100.0f;//创建动画模型osg::ref_ptr<osg::Node> shadower = createMovingModel(center, radius * 0.5f);//创建地形平面osg::ref_ptr<osg::Node> shadowed = osgDB::readNodeFile("cow.osg");osg::ref_ptr<osg::Node> shadowed1 = createBase(center - osg::Vec3(0.0f, 0.0f, radius * 0.1), radius);//创建场景组节点osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();//设置状态属性root->setStateSet(createSpotLightDecoratorState(0, 1));//添加子节点root->addChild(shadower.get());root->addChild(shadowed.get());root->addChild(shadowed1.get());return root.release();
}
int main()
{osg::ref_ptr<osg::Group> root = new osg::Group();root->addChild(createModel());//优化场景数据osgUtil::Optimizer optimizer;optimizer.optimize(root.get());osg::ref_ptr<osgViewer::Viewer> viewer = new osgViewer::Viewer();viewer->setSceneData(root.get());viewer->realize();return viewer->run();
}