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。

1. 光源の設定をする。
2. 光源を有効にする。
3. 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OpenGLView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」を選択します。

カテゴリ：MFC
テンプレート：MFC クラス
クラス名：COpenGLLightView
基本クラス：CView

「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。

ライトOpenGLViewクラスの親クラスの変更

OpenGLLightView.h に
#include "OpenGLTrackView.h"
を追加します。

#pragma once #include "OpenGLTrackView.h" // COpenGLLightView ビュー class COpenGLLightView : public CView { （・・・以下略・・・）

OpenGLLightView.cpp および OpenGLLightView.h の
「CView」 を 「COpenGLTrackView」 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。

ライトOpenGLViewクラスのOnDraw関数の削除

ベースOpenGLビュークラスのOnDraw関数が呼ばれるように、ライトOpenGLビュークラスのOnDraw関数を削除します。
（オーバーライド関数の削除は、「クラスビュー」と「プロパティビュー」を使用します。
　まず、「クラスビュー」で、メッセージハンドラを削除するクラスを選択します。
　次に、「プロパティビュー」のツールバーの「オーバーライド」を選択します。削除するオーバーライド関数の右側のドロップダウンリストを用いてオーバーライド関数を削除します）

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

ピックOpenGLビュークラスの親クラスの変更

OpenGLPickView.h の
#include "OpenGLTrackView.h"
を
#include "OpenGLLightView.h"
に書き換えます。

// OpenGLPickView.h : COpenGLPickView クラスのインターフェイス // #pragma once //#include "OpenGLTrackView.h" #include "OpenGLLightView.h" （・・・以下略・・・）

OpenGLPickView.cpp および OpenGLPickView.h の
「COpenGLTrackView」 を 「COpenGLLightView」 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。

光源設定クラスの作成

OpenGLLightView.h に
以下のような光源設定クラスを追加します。

#pragma once #include "OpenGLTrackView.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; } }; // COpenGLLightView ビュー class COpenGLLightView : public COpenGLTrackView { （・・・以下略・・・）

ビルドし、エラー、警告がないことを確認します。

メンバ変数、メンバ関数の宣言の追加

OpenGLLightView.h のライトOpenGLビュークラス定義の最初にメンバ変数、メンバ関数の宣言を追加します。

class COpenGLLightView : public COpenGLTrackView { // メンバ変数 private: CLightSetting m_aLightSetting[4]; // メンバ関数 private: bool SetupLight(); bool SetupModelViewMatrix(); DECLARE_DYNCREATE(COpenGLLightView) （・・・省略・・・）

メンバ変数の初期化

OpenGLLightView.cpp のライトOpenGLビュー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。

COpenGLLightView::COpenGLLightView() { 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

OpenGLLightView.cpp 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 COpenGLLightView::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 COpenGLLightView::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; }

OpenGLTrackView.h のトラックOpenGLビュークラスのメンバ変数
m_f3RenderingCenter
m_f16ViewingTransformMatrix
をprotected変数とします。

class COpenGLTrackView : public COpenGLBaseView { // メンバ変数 private: CPoint m_ptLast; GLfloat m_fRenderingRate; // 拡大率 protected: ETRACKINGMODE m_eTrackingMode; GLfloat m_f3RenderingCenter[3]; // 描画中心 GLfloat m_f16ViewingTransformMatrix[16]; // メンバ関数 （・・・省略・・・）

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
CModelViewerView::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。

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

void CModelViewerView::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。

model01.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 (ModelViewerOpenGLMFC2015_10_lighting.zip)

関連ページ

前項目：09．描画の高速化（頂点バッファオブジェクトの利用）

次項目：11．マテリアルの効果の利用