OpenGL 程式設計/現代 OpenGL 教程載入 OBJ
雖然你可以透過手動輸入頂點來建立任何形狀，但從專用編輯器中編輯形狀要實用得多。不幸的是，OpenGL 不包含任何網格讀取函式。但是，.obj 格式解析起來相當容易，大多數 3D 程式（包括 Blender）都支援匯出該格式。在本教程中，我們將重點介紹如何將 Blender 中的 Suzanne 猴子載入到我們的 OpenGL 程式中。
Suzanne 是 Blender 的測試模型。它有 500 個多邊形，這對我們來說是一個很好的測試。
要建立它，請執行 Blender（我們將使用 2.58 版本），然後
- 刪除場景中的所有元素（右鍵單擊它們並按x）
- 在頂部選單中，單擊新增 > 網格 > 猴子
- 鍵入n 以顯示變換面板，然後
- 將位置設定為 (0, 0, 0)
- 將旋轉設定為 (90, 0, 0)
- 在頂部選單中，單擊檔案 > 匯出 > Wavefront (.obj)
- 為了保留 Blender 的方向，請仔細設定以下選項（以切換到“Y 向上”OpenGL 座標）
- 向前：-Z 向前
- 向上：Y 向上
- 勾選“三角化”，以便我們得到三角形面而不是四邊形面
- 為了保留 Blender 的方向，請仔細設定以下選項（以切換到“Y 向上”OpenGL 座標）
Blender 將建立兩個檔案，suzanne.obj 和 suzanne.mtl
- .obj 檔案包含網格：頂點和麵
- .mtl 檔案包含有關材質的資訊（材質模板庫）
現在我們只加載網格。
使用文字編輯器檢查 .obj 檔案。我們看到該格式非常簡單
- 按行結構化
- 以#開頭的行是註釋
- o 引入一個新的物件
- v 引入一個頂點
- vn 引入一個法線
- f 引入一個面，使用頂點索引，從 1 開始
我們需要填充幾個 C 陣列
- 頂點
- 元素
- 法線（用於光照計算）
該格式還具有其他功能，但現在我們將忽略它們。
這是一個簡單的實現，它適用於我們的物件。
我們的解析器將是有限的（不支援多個物件、替代頂點格式、多邊形等），但對於我們的直接需求來說已經足夠了。
void load_obj(const char* filename, vector<glm::vec4> &vertices, vector<glm::vec3> &normals, vector<GLushort> &elements)
{
ifstream in(filename, ios::in);
if (!in)
{
cerr << "Cannot open " << filename << endl; exit(1);
}
string line;
while (getline(in, line))
{
if (line.substr(0,2) == "v ")
{
istringstream s(line.substr(2));
glm::vec4 v; s >> v.x; s >> v.y; s >> v.z; v.w = 1.0f;
vertices.push_back(v);
}
else if (line.substr(0,2) == "f ")
{
istringstream s(line.substr(2));
GLushort a,b,c;
s >> a; s >> b; s >> c;
a--; b--; c--;
elements.push_back(a); elements.push_back(b); elements.push_back(c);
}
/* anything else is ignored */
}
normals.resize(vertices.size(), glm::vec3(0.0, 0.0, 0.0));
for (int i = 0; i < elements.size(); i+=3)
{
GLushort ia = elements[i];
GLushort ib = elements[i+1];
GLushort ic = elements[i+2];
glm::vec3 normal = glm::normalize(glm::cross(
glm::vec3(vertices[ib]) - glm::vec3(vertices[ia]),
glm::vec3(vertices[ic]) - glm::vec3(vertices[ia])));
normals[ia] = normals[ib] = normals[ic] = normal;
}
}
我們使用 C++ 向量來簡化記憶體管理。我們透過引用傳遞引數，主要是因為訪問指向向量的指標的語法變得很糟糕（(*elements)[i]）
我們可以這樣載入 .obj 檔案
vector<glm::vec4> suzanne_vertices;
vector<glm::vec3> suzanne_normals;
vector<GLushort> suzanne_elements;
[...]
load_obj("suzanne.obj", suzanne_vertices, suzanne_normals, suzanne_elements);
並使用以下方法將其傳遞給 OpenGL
glEnableVertexAttribArray(attribute_v_coord);
// Describe our vertices array to OpenGL (it can't guess its format automatically)
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo_mesh_vertices);
glVertexAttribPointer(
attribute_v_coord, // attribute
4, // number of elements per vertex, here (x,y,z,w)
GL_FLOAT, // the type of each element
GL_FALSE, // take our values as-is
0, // no extra data between each position
0 // offset of first element
);
glEnableVertexAttribArray(attribute_v_normal);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vbo_mesh_normals);
glVertexAttribPointer(
attribute_v_normal, // attribute
3, // number of elements per vertex, here (x,y,z)
GL_FLOAT, // the type of each element
GL_FALSE, // take our values as-is
0, // no extra data between each position
0 // offset of first element
);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, ibo_mesh_elements);
int size; glGetBufferParameteriv(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, GL_BUFFER_SIZE, &size);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, size/sizeof(GLushort), GL_UNSIGNED_SHORT, 0);
最後，我們使用 Y 向上座標系和麵向 Suzanne 的相機相應地調整我們的檢視
glm::mat4 view = glm::lookAt(
glm::vec3(0.0, 2.0, 4.0), // eye
glm::vec3(0.0, 0.0, 0.0), // direction
glm::vec3(0.0, 1.0, 0.0)); // up
glm::mat4 projection = glm::perspective(45.0f, 1.0f*screen_width/screen_height, 0.1f, 100.0f);
我作弊了一點，並實現了一個 Gouraud 光照模型。我們稍後會介紹這個模型。
正如我們在 紋理教程 中討論的，有時同一個頂點將獲得不同的值，具體取決於使用哪個面。如果我們不想共享法線（並且在計算頂點法線時選擇一個任意麵，就像我們在上面所做的那樣），就會出現這種情況。在這種情況下，我們需要在每次使用不同法線時複製頂點，然後重新建立元素陣列。這將佔用更多載入時間，但從長遠來看，OpenGL 處理的速度會更快。傳送到 OpenGL 的頂點越少越好。或者，如前所述，在本示例中，我們只會在頂點出現時複製它們；接下來，我們可以不用元素陣列進行操作。
for (int i = 0; i < elements.size(); i++) {
vertices.push_back(shared_vertices[elements[i]]);
if ((i % 3) == 2) {
GLushort ia = elements[i-2];
GLushort ib = elements[i-1];
GLushort ic = elements[i];
glm::vec3 normal = glm::normalize(glm::cross(
shared_vertices[ic] - shared_vertices[ia],
shared_vertices[ib] - shared_vertices[ia]));
for (int n = 0; n < 3; n++)
normals.push_back(normal);
}
}
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, suzanne_vertices.size());
使用此設定，我們可以實現平面著色：在片段著色器中，變化變數實際上不會在頂點之間變化，因為每個三角形的 3 個頂點的法線將相同。
我們的演算法有效，但是如果兩個面引用同一個向量，則最後一個面將覆蓋該頂點的法線。這意味著物件的外觀可能根據面的順序而有很大不同。
為了解決這個問題，我們可以對兩個面的法線求平均。要對兩個向量求平均，您需要取第一個向量的一半加上第二個向量的一半。這裡我們使用nb_seen 來儲存向量係數，因此我們可以隨時對新的向量求平均，而無需儲存完整的向量列表
mesh->normals.resize(mesh->vertices.size(), glm::vec3(0.0, 0.0, 0.0));
nb_seen.resize(mesh->vertices.size(), 0);
for (int i = 0; i < mesh->elements.size(); i+=3) {
GLushort ia = mesh->elements[i];
GLushort ib = mesh->elements[i+1];
GLushort ic = mesh->elements[i+2];
glm::vec3 normal = glm::normalize(glm::cross(
glm::vec3(mesh->vertices[ib]) - glm::vec3(mesh->vertices[ia]),
glm::vec3(mesh->vertices[ic]) - glm::vec3(mesh->vertices[ia])));
int v[3]; v[0] = ia; v[1] = ib; v[2] = ic;
for (int j = 0; j < 3; j++) {
GLushort cur_v = v[j];
nb_seen[cur_v]++;
if (nb_seen[cur_v] == 1) {
mesh->normals[cur_v] = normal;
} else {
// average
mesh->normals[cur_v].x = mesh->normals[cur_v].x * (1.0 - 1.0/nb_seen[cur_v]) + normal.x * 1.0/nb_seen[cur_v];
mesh->normals[cur_v].y = mesh->normals[cur_v].y * (1.0 - 1.0/nb_seen[cur_v]) + normal.y * 1.0/nb_seen[cur_v];
mesh->normals[cur_v].z = mesh->normals[cur_v].z * (1.0 - 1.0/nb_seen[cur_v]) + normal.z * 1.0/nb_seen[cur_v];
mesh->normals[cur_v] = glm::normalize(mesh->normals[cur_v]);
}
}
}
TODO：改進解析器以支援 .obj 法線
Obj 格式支援預先計算的法線。有趣的是，它們是在面中指定的，因此，如果一個頂點出現在多個面中，它可能會獲得不同的法線，這意味著我們必須使用上面討論的頂點複製技術。
例如，Suzanne 的基本匯出引用了頂點 #1，它具有兩個不同的法線 #1 和 #7
v 0.437500 0.164063 0.765625 ... vn 0.664993 -0.200752 0.719363 ... f 47//1 1//1 3//1 ... f 1//7 11//7 9//7 f 1//7 9//7 3//7
相比之下，MD2/MD3 格式（在 Quake 等遊戲中使用）也包含預先計算的法線，但它們附加到頂點，而不是面。
- TooL：OpenGL OBJ 載入器，在 GNU GPL 下發布（但 OpenGL 1.x）
