计算机图形学是计算机科学的一个重要分支，主要研究如何用计算机生成、处理和显示图像。OpenGL 是一个跨语言、跨平台的编程接口，用于渲染2D、3D矢量图形。在本课件“计算机图形学computergraphics课件14.ppt”中，重点介绍了OpenGL中的着色技术，包括平面着色、平滑着色和高光着色。
1. OpenGL着色功能
OpenGL 提供了丰富的着色功能，允许开发者控制图形的外观和质感。这些功能包括启用着色、指定法线向量、定义材质属性以及设置光源。通过这些手段，可以实现从简单的颜色填充到复杂的光照效果。
2. 法线向量
法线向量是决定物体表面光照效果的关键因素。在OpenGL中，法线向量是状态的一部分，可以通过`glNormal*()`函数设置，如`glNormal3f(x, y, z)`或`glNormal3fv(p)`。通常要求法线向量具有单位长度，以便光照计算正确。如果法线受到变换影响，长度可能发生变化，可以使用`glEnable(GL_NORMALIZE)`自动归一化法线，但会带来一定的性能开销。对于三角形，法线向量可以通过向量叉乘得到，并需归一化以确保指向正确的方向。
3. 启用着色
在OpenGL中，开启着色计算需要调用`glEnable(GL_LIGHTING)`，同时激活`GL_COLOR_MATERIAL`，这样可以将颜色与材质属性关联。每种光源需要单独启用，例如`glEnable(GL_LIGHT0)`。还可以通过`glLightModeli()`调整光模型参数，如`GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER`和`GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDED`，前者允许不假设远距离观察者，后者则为多边形的两面分别着色。
4. 定义点光源
点光源的定义涉及其各个颜色成分（漫反射、镜面反射、环境光）和位置。颜色以RGBA数组形式给出，位置以齐次坐标表示。如果w分量为1.0，则表示该光源是一个位置固定的点光源。例如，可以通过`glLightv()`函数设置光源的位置、颜色等属性。
5. 距离和方向
光源的位置不仅决定了光线的传播方向，还影响光照强度的衰减。光源位置可以是绝对位置，也可以是方向向量，这取决于其齐次坐标的w分量。当w为0时，表示光源是无限远的定向光源，其光线强度不会随距离变化；而当w为1时，光源为点光源，其强度会随距离增加而减小。
6. 平面着色与平滑着色
平面着色（Flat Shading）将多边形的所有顶点赋予相同的颜色，导致整个多边形呈现单一颜色。平滑着色（Smooth Shading）则根据每个顶点的法线计算出每个像素的颜色，形成更平滑的过渡效果。
7. 高光着色
高光着色（Gouraud Shading）是平滑着色的一种，它通过对多边形每个顶点应用光照模型，然后线性插值得到最终颜色，模拟物体表面的镜面反射效果。这种方法计算效率较高，但可能会丢失一些细节。
OpenGL的着色机制是通过结合法线、材质属性和光源信息来创建逼真的视觉效果。理解并熟练运用这些概念和技术，能够帮助开发者在计算机图形学领域创建出更加生动和真实的世界。
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