SAMPLE
     ライティング計算 
     カメラの移動とライティング計算 
     ワールド座標指定のライティング 



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■ Lighting


  DESC
    ライティング結果は
    ライトの設定である glLight() と オブジェクトの材質設定の glMaterial() によって決まる。

    計算結果は各頂点の色（プライマリーカラー）となり、
    照明がオフの場合は glColor() で指定したカラーが適用される。

    テクスチャなどのフラグメント処理は頂点カラーの決定後にされる。

  POINT
    ライトの位置( 向き )の指定も頂点変換と同じように、モデルビュー変換の影響を受ける。
    glLight( GL_POSITION ); をコールした時点で指定した座標が変換される。
    常に正面から照らす設定は以下になる。
    glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
    glLoadIdentity();
    float dir[] = { 0, 0, 1, 0 };
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, dir );


    
    ワールド座標で指定するにはカメラ座標系から変換する。
    glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
    glLoadIdentity();
    convertCameraSpace( 0, 0, 500, cy, cx );

    // ワールド座標の 0 0 1 の方向から照らす。
    float dir[] = { 0, 0, 1, 0 };
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, dir );




    ライティング計算のための初期化をする。    
    App::onInit() {

      // Lighting 処理を有効化( DEFAULT : オフ )
      glEnable( GL_LIGHTING );

      // ライト数は 少なくとも 8 つ
      // 個別に ON/OFF できる。
      glEnable( GL_LIGHT0 );

      
      // ライトの位置を設定する
      glMatrixMode( GL_MODELVIEW );
      glLoadIdentity();
      float dir [] = { -0.3f, 0, 1, 0 };
      glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, dir );
    }



    描画時は法線( glNormal )を設定したモデルを描画する。
    App::onDraw() {    

      // 法線をもつプリミティブを描画
      //    残りの Light の parameter はすべてデフォルトを使う
      drawNormalCube();

      // WARNING
      //  Lighting ON は 不要ならばオフにする。
      //  以下の 頂点処理に影響をうける
      glDisable( GL_LIGHTING );
    }



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■ ライトの色

    ライティングは次の３つの要素で近似する。

    環境光 : 間接光
    拡散光 : 面に対して均等に拡散する面
    鏡面光 : 光沢のある面


    ライティングの内部計算。
      L : ライト
      M : マテリアル
     Env * aM +
    aL * aM +
    dL * dM * ( N.L ) +
    sL * sM + ( N.R )




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■ 法線(Normal)

  DESC
    OpenGL は Normal を見て面の向きを決める。
    ライティング計算をするためには、面の向きを指定する必要がある。


  WARNING
    頂点と同じくモデルビュー行列の影響をうけるため Scale 成分の影響をうける。


    // Normalize を ON
    glEnable( GL_NORMALIZE );

    // Scaling のみの調整をする
    //    Scale Matrix が 等しいなら これで十分
    glEnable( GL_RESCALE_NORMAL );


    // 最も効率的なのは init 時に normal を再計算すること
    recalcNormal();



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■ LightParameter




    GLInt nr;
    glGetIntegerv( GL_MAX_LIGHTS, &nr );



    // 各 Light を有効化 ( GL_LIGHTi )
    glEnable( GL_LIGHT0 );

    // 各 Light の parameter 設定
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_DIFFUSE, col );
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos );




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■ glLight

  SYNTAX
    glLight(
          GLenum light,
          GLenum pramName,  // GL_AMBIENT, GL_DIFFUSE, GL_SPECULAR, GL_POSITION
          TYPE   *val        // color | position
    )

  DESC
    ライトのパラメータ( 色、位置 )を設定する。

  DEFAULT
    GL_AMBIENT  : 0, 0, 0   // Ambient とは 間接光 ( N 回 Bounce ) の近似

    GL_LIGHT0
      GL_DIFFUSE  : 1, 1, 1
      GL_SPECULAR : 1, 1, 1

    GL_LIGHT1 - N
      GL_DIFFUSE  : 0, 0, 0
      GL_SPECULAR : 0, 0, 0

  DESC
    ライトの位置の設定も頂点と同じく、glLight() をコールした時点での
    モデルビュー行列変換の影響を受ける。
    

    平行光( DirectionLight )を利用するには, 位置指定のｗ成分を 0 にする。
    無限遠の 0, 0, 1 の位置に置いたことになり    0, 0, -1 方向への平行光として計算される。
    
    // 平行光
    float dir [] = { 0, 0, 1, 0 };
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, dir );

    // 位置で指定
    float pos [] = { 0, 0, 1, 1 };
    glLightfv( GL_LIGHT0, GL_POSITION, pos );




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■ glMaterial

  SYNTAX
    glMaterial(
            GLenum face,     // 表裏の指定
            GLenum pramName, // GL_AMBIENT | GL_DIFFUSE | GL_SPECULAR | GL_SHININESS
            const TYPE *val
    )

  DESC
    オブジェクトの色を指定する。
    ライトの各成分と乗算される。
  
  POINT
    アルファ成分は GL_DIFFUSE で指定したアルファ成分が頂点のアルファ色になる。
    GL_AMBIENT, GL_SPECULAR の指定は無視される。
    float col[] = { 0, 1, 0, 1 };
    glMaterialfv( GL_FRONT, GL_AMBIENT, col );
    glMaterialfv( GL_FRONT, GL_DIFFUSE, col );
    glMaterialfv( GL_FRONT, GL_SPECULAR, col );


    // GL_SHININESS [0:128] DEFAULT 0
    glMaterialf( GL_FRONT, GL_SHININESS, 128 );


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■ レイトレース(RayTrace)

    物が見えるのは、レンズに光(レイ)が飛びこんでくる結果なのでこれを逆からトレースするという考え方。
    
    Direct
    1 Bound  : 通常のライティングモデル ( )
    2 Bound  : 照り返し

    画素の数だけ、このトレースを繰り返す

    2　バウンド
    光源からライトがでる ---> 赤い壁にあたる ---> 白い布を照らす  ---> カメラのレンズに届く 

    
    カメラから画素へ向かってレイをとばす。
    
    何かにあたる

    その何かは、全方向からの光の影響をうけるので、全方向にライトをとばす

    これを N 階の深さまで繰り返す。

    
    光源方のみに絞ったは 1 バウンドは、直接の光源のみなので、反対領域は黒くなる。

    そこで、１バウンドに限定して、暗い部分は適当にバイアスを足しておく( アンビエント )

    １バウンドも、ライトという光源方向のみに限定する。

    これで画素数だけの計算回数になる。

    明るさは 面積あたりの光の粒の数( 密度 )なので、距離の２乗に比例する。
    しかし、太陽などの十分に長い距離に対しては、100m などは 0m として近似できるため
    距離の減衰を無視できる。


    反射の割合( 分布 )

      ある方向からきた光は、必ず一定方向にだけ反射するわけではない。
      そうだとしたら見る方向をかえると、黒く見えてしまう。
      そこで、全方向に一様に反射すると仮定する。




    これを計算式として表現すると、ディフューズモデルができる
      I = I0 * R * cos(theta),  cos(theta) =  dot(L , N)

      L  : 頂点から光源へのベクトル
      N  : 頂点の法線ベクトル
      I0 : 光源の色
      R  : 反射する割合


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■ ライティング計算を自前でする

    OpenGL にはライティング計算をするための API があるが
    自前で計算式から明るさを求めて、頂点カラーとして渡すこともできる。

    テクスチャを貼るときは、 GL_MODULATE をつかえばいい。

    REFERENCE  テクスチャのブレンド方法を指定する