조명과 음영

조명 : 물체 정점의 색을 부여 하는 작업. 즉 광원과 물체 특성을 감안하여 정점에서의 빛 세기를 계산하는 작업이다.
음영 : 위에서 결정된 정점 색을 기준으로 해당 물체면 내부 곳곳마다 색을 부여 하는 작업이다.

전역 조명모델 : 다른 물체면에서 반사되어 압사되는 빛 까지 고려한 조명 모델로 장면 내의 물체 상호 간의 반사까지 고려한 모델이다.

지역 조명모델 : 전역 모델을 단순화한 것으로 다른 물체에서 반사된 빛은 일체 감안하지 않는다. 즉 물체색을 결정하는데 있어서 광원으로부터 직접 물체에 부딪쳐 우리눈에 들어오는 빛만 고려한다.

면적광원 : 백열등 처럼 물체면 상의 점 P에 도달하는 빛은 전구 표면의 모든 점에서 나온 빛을 감안해야 한다. 이 처럼 면적을 지닌것을 면적 광원이라한다. 그러나 현재의 일반적인 컴퓨터로는 계산량이 너무 많아 구현하기가 힘들다.

점광원 : 이것은 빛이 한 점에서 나온다고 간주하는 것이다.

반사광의 세기는 광원의 위치, 시점의 위치, 물체면이 서 있는 방향 등의 요인에 의해 결정 된다. 이것들을 계산하기 위해서는 점에서 표면에 수직인 법선벡터, 광원을 향하는 광원 벡터, 시점을 향하는 시점벡터가 필요하다.  광원이 물체면에 입사할 떄의 입사각은 광원벡터와 법선벡터가 이루는 각이다.

주변반사(Ambient)는 광원에 직접 노출되지 않는 면에 밝기를 부여하는 것이다. 이 주변 반사에 의해 우리 눈으로 반사되는 빛을 주변광 이라 한다.(예 : 주변 벽을 부딫히고 반사되는 빛)

확산반사(Diffuse)는 물체면과 광원과의 공간적인 관계에 따라 명암을 부여 하는 것이다. 기본적으로 확산반사는 광원에서 나온 빛이 직접 물체면에 부딪쳐 여려향으로 확산되는 난반사에 해당한다. ( 예 : 물체에서 반사할수 있는 빛 )

경면반사(Specular)는 반질반질한 표면에서 반사되는 빛이다. 경면광에 의해 물체면에 형성된 반짝이는 이미지를 하이라이트라한다. 경면반사는 빛의 정반사에 의한 것이다. ( 예 : 광택)

방향광( W = 0)
방향성광원 또는 지향성 광원은 광원에서 나온 빛이 물체면을 향하여 일정한 방향으로 진행하는 광원을 말한다.
( 광원의 색상, 물체의 색상이 필요)

위치광 ( W = 1)
위치성 광원은 옴니라이트 라고도 하며 이 광원은 나가는 빛이 모든 방향으로 방사형으로 펴저나가는 광원을 말한다.
(광원의 색상, 물체의 색상 등)

집중광 ( W = 1)
무대 등에서 보면 한 배우만 비치는 스포트라이트 같은 광을 말한다.
( 공의 방향(방향 벡터), 원뿔의 크기 )

람베르트 법칙
광원벡터와 면의 법선벡터가 이루는 각즉 입사각의 코사인에 정비례하여 밝기가 바뀐다.

음영

1. 플랫 셰이딩
플랫 세이딩은 배우 빠르고 간단한 방법으로 상수 셰이딩 또는 깍은 면 셰이딩 이라고도 한다. 주어진 하나의 다각형 전체를 동일한 색으로 칠한다. 이 방법은 일반적으로 광원이나 시점이 조금 먼거리에 있다고 가정한다.

2. 구로 셰이딩
이것은 다각형 내부를 서로 다른 색으로 보간하여 채우는 방법이다. 그러나 이경우 다각형 내부에는 무한개의 점이 있어서 모든 점에 대해서 조명모델을 가해서 색을 계산한다는 것은 힘들 기 때문에  광원에서 나온 빛이 다각형 정점에 입사한다고 보는 것이다. 이 방법은 하나의 나각형 내에서도 음영을 달리 하기 때문에 부드러운 음영 변화를 보여준다.

3. 퐁 셰이딩
구로 셰이딩이 색을 보간한다면 퐁 셰이딩은 법선벡터를 보간하여 하는 것이다. 그러나 이 경우 모든 법선벡터에 대해 조명등을 전부 다시 계산해야 하므로 구로 셰이딩보다 더 많은 계산을 필요로 하므로 속도가 느려진다. OpenGL에서는 기본적으로 이 퐁 셰이딩을 지원하지 않으며 GLSL에 의해 구현할수 있다.

OpenGl의 조명과 음영
OpenGL에서 조명과 음영을 가하기 위해서는 몇가지 작업이 필요하다.

1. 조명기능 활성화
먼저 glEnable로 조명기능을 활성화 시킨다. 파라미터로 GL_LIGHTING를 넘겨준다.

2. 광원 활성화
그 다음으로는 광원을 활성화 해줘야하는대 OpenGL에서는 기본적으로 0~7번 까지의 8개의 광원을 사용 한다. 1번과 같이 glEnable함수를 사용 하여 GL_LIGHT 뒤에 원하는 조명번호를 넣어 활성화 하면 된다.
현재 자신의 하드웨어가 몇 개의 광원을 지원하는지 알기 위해서는 glGetIntegerv함수에 GL_MAX_LIGHT와 저장할 GLint형 포인터를 넘겨 주면 된다.

3. 광원의 종류및 위치등 설정
마지막으로 사용할 광원의 위치와 광원의 종류등을 설정 해주면 되는대 glLight 함수를 사용 하며 이함수의 마지막 파라미터는 GLfloat형과 GLfloat형배열 GLint형과 GLint형배열 4가지를 지원하며 배열은 끝에 v를 붙여 준다.
void glLight(f,i,fv,iv)( GLenum light, GLenum pname, TYPE Value);
이함수의 첫번째 파라미터인 light는 GL_LIGHT0등 설정할 광원의 아이디이고 두번째에는 위치를 설정할건지 빛을 설정할건지등 설정할 종류이며  마지막 파라미터는 설정할 값이다.

4. 광원의 색
OpenGL의 광원은 주변광, 확산광, 경면광에 대해서 입사광의 크기를 R, G, B, A로 나누어서 정의한다.

파라미터 명	기본 값	의미
GL_POSITION	(0, 0, 1, 0)	광원의 (X,Y,Z,W) W는 0이면 방향광  1이면 위치광을 뜻한다.
GL_SPOT_DIRECTION	(0, 0, -1)	스포트라이트의 방향 벡터
GL_SPOT_CUTOFF	180.0	조명각
GL_SPOT_EXPONENT	0	코사인 승수
GL_AMBIENT	(0, 0, 0, 0)	주변반사 광원의 RGBA
GL_DIFFUSE	(1, 1, 1, 1)	확산반사 광원의 RGBA
GL_SPECULAR	(1, 1, 1, )	경면반사 광원의 RGBA
GL_CONSTANT_ATTENUATION	1	상수 계수 (전체적인 밝기 분포)
GL_LINEAR_ATTENUATION	0	1차 계수  (거리에 따른 밝기)
GL_QUADRATIC_ATTENUATION	0	2차 계수

음영모드
OpenGL은 플랫 셰이딩과 구로 셰이딩을 지원한다.

1. 먼저 glShadeModel이라는 함수를 사용해 플랫 셰이딩을 할려면 GL_FLAT 구로 셰이딩을 할려면 GL_SMOOTH를 파라미터로 넘겨준다. 기본 값은 GL_SMOOTH이다.

조명에서 반사광의 세기를 계산하기 위해서는 법선벡터가 필수 적이다. 그러나 법선벡터에 관한 OpenGL의 기능은 상당히 제한적이다. 해당 정점의 반사광의 세기를 계산할 뿐 둘러싸인 면이 광원을 향한 면인지 그 안쪽 면인지에 대한 개념이 없다. 그리고 정점의 법선벡터는 반드시 단위 벡터이여야 한다
OpenGL에서는 glNormal3 뒤에 사용할 데이터형을 적은뒤 배열이면 그뒤에 v를 붙여서 호출하면된다. GLbyte, GLdouble, GLfloat, GLint, GLshort형을 지원한다.( 예 : GLfloat형을 쓸때 glNormal3f)) OpenGL에서는 정점의 법선벡터를 명시할때는 정점선언 이전에 해야 한다. GL_NORMALIZE라는 기능을 활성화 시키면 모델뷰 변환이 가해진 후 모든 법선벡터가 자동으로 정교화 된다.

물체면의 특성
여기서 물체의 특성이란 물체면의 색, 물체면의 매끄러움등을 말하고, 물체의 색이란 반사의 종류별로 물체면에서 어떤 크기로 빛을 반사하는지를 말한다. 또 매끄러움은 경면광의 광택계수를 말한다. OpenGL에서는 glMaterial 함수를 이용해 설정할수 있다.
OpenGL에서는 발광체도 지원을 하는대 발광체란 광원이 없어도 스스로 빛을 내는 물체를 말한다.

void glMaterial*( face, pname, value)

Face(첫번째 파라미터)	기본 값	의미
GL_FRONT
GL_BACK
GL_FRONT_AND_BACK
Pname( 두번째 파라미터)
GL_AMBIENT	(0.2, 0.2, 0.2, 1)	주변반사에 대한 물체색
GL_DIFFUSE	(0.8, 0.8, 0.8, 1)	확산반사에 대한 물체색
GL_AMBEINT_AND_DIFFUSE		주변반사와 확산반사에 대한 물체색
GL_SPECULAR	(0, 0, 0, 1)	경면반사에 대한 물체색
GL_SHINESS	0	경면반사의 광택 계수
GL_EMISSION	(0, 0, 0, 1)	물체의 발광색

( 물체의 GL_AMBIENT는 광원의 GL_AMBIENT에 대한 흡수율,  물체의 GL_DIFFUSE는 광원의 GL_DIFFUSE에 대한 반사율을 의미한다. 물체의 GL_SPECULAR는 광원의 GL_SPECULAR에 대한 광택의 흡수율)

조명을 활성화 시킨 상태에서 그냥 glColor함수로 물체를 바꿀 꼉우 바뀌지 않는대 이경우
glEnable함수로 GL_COLOR_MATERIAL 을 활성화 시키면 각 물체의 색을 바꿀수 있다.

OpenGL의 1.2버전 이후에 조명모델과 관련해 몇가지가 더 추가 되었다 여기서는 일단 3가지만 소개 해보겟다.
이 3가지기능은  glLightModel* 함수를 사용 하며 두개의 파라미터를 받는다.

전역 주변광
일반적인 주변광은 광원으로부터 주변물체에 부딪쳐서 들어오는 빛을 감안한 것이다. 이와는 달리 광원에 무관하게 전체적으로 조명을 올리기 위해 사용하는 것이 전역 주변광이다

시점 위치
경면광의 경우 시점의 위치,에 따라 하이라이트의 세기가 좌우댄다. 이 것을 사용해 물체를 매우 가까운것으로 간주하게 할수도 있고 무한대 거리에 있는것으로 간주 하게 할 수 있다.

양면조명
우리가 보는것은 보통 겉 표면 이지만 다각형에는 안쪽에 또다른 이면을 가지고 있다. 만약 원구를 반으로 잘라내면 안쪽의 이면도 보이기 때문에 이면 역시 조명을 설정해 줘야 한다. 그 조명의 활성화 여부를 설정할수 있다.

파라미터	기본값	의미
GL_LIGHT_MODEL_AMBIENT	(0.2, 0.2, 0.2, 1)	전역 주변반사의 RGBA
GL_LIGHT_MODEL_LOCAL_VIEWER	GL_FALSE	시점벡터 계산 여부
GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE	GL_FALSE	이면 조명 여부