Ubuntu Desktop 实践 15、在 Linux 中编写 OpenGL 程序——使用 Visual Studio Code（下）

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在 Linux 环境下编写 OpenGL 程序，尤其是加载 3D 模型，可以给开发者带来成就感。本文将详细介绍一个具体的实践案例，通过编写代码加载纳诺斯套件（nanosuit）与剑（saber）模型，并展示如何使用 Visual Studio Code 进行开发。

本文将分四个部分详细阐述：模型与材质、设计场景与 Model 类、Shader 程序以及总结。

一、模型与材质

.obj 格式的 3D 模型是一种纯文本格式，每行代表一个顶点数据，适合小到中等大小的模型。然而，对于大型模型，建议使用其他工具进行预处理或简化。本案例中，选择了纳诺斯套件与剑模型，它们都以 .obj 格式存在，配以相应的 .mtl 材质文件。材质信息包含了环境光、漫反射与镜面反射的颜色，以及可能的纹理贴图。

此外，纳诺斯套件模型还包含了法线贴图，用于细节处理，但本案例中暂时未涉及。

二、设计场景与 Model 类

为了简化场景设计，本案例中仅构建了两个光源和一个摄像机。场景管理不再通过单独的 Scene 类，而是直接在 App 类中定义了灯光和摄像机的位置。光源颜色设置为白色，并在 Shader 中固定。光照计算采用平行光模型，不考虑距离衰减。

为实现模型加载，设计了 Model 类，该类负责管理模型的顶点、材质信息、视图矩阵、投影矩阵以及光源与摄像机的位置。Mesh 类的使用得以复用，每个 Mesh 存储其材质属性，并关联一个 ShaderProgram，简化渲染流程。

三、Shader 程序

本案例中的 Shader 程序主要负责将模型数据、场景参数传递至片段着色器进行光照计算。顶点着色器负责坐标变换与法线调整，并将结果传递给片段着色器。片段着色器计算漫反射与镜面反射，最终叠加以实现光照效果。

四、总结

通过实践，本案例展示了在 Ubuntu 桌面系统中编写 OpenGL 程序的便捷性，以及如何利用现有库简化开发过程。关键知识点包括矩阵变换、光照计算与纹理贴图，这些可以通过相关教材学习。OpenGL 的基本知识同样可以从相应教材中获取，其主要功能在于数据的装配。

Shader 的编写为程序提供创意空间，方便而高效。使用 Visual Studio Code 进行开发，体验良好。此实践案例为后续探索计算机图形学进阶知识，如阴影映射、全局光照、HDR等提供了基础框架。