C++解析obj模型文件方法介紹
更新時(shí)間：2022年09月05日 09:05:28 作者：略游
由于本人打算使用Assimp來加載模型，這里記錄一下tinyobjloader庫(kù)的使用。之前也研究過fbxsdk，除了骨骼動(dòng)畫暫未讀取外，代碼自認(rèn)為還算可靠
一、前言
tinyobjloader地址：
而tinyobjloader庫(kù)只有一個(gè)頭文件，可以很方便的讀取obj文件。支持材質(zhì)，不過不支持骨骼動(dòng)畫，vulkan官方教程便是使用的它。不過沒有骨骼動(dòng)畫還是有很大的局限性，這里只是分享一下怎么讀取材質(zhì)和拆分網(wǎng)格。
二、中間文件
我抽象了一個(gè)ModelObject類表示模型數(shù)據(jù)，而一個(gè)ModelObject包含多個(gè)Sub模型，每個(gè)Sub模型使用同一材質(zhì)（有的人稱為圖元Primitive或DrawCall）。最后我將其保存為文件，這樣我的引擎便可直接解析ModelObject文件，而不是再去讀obj、fbx等其他文件了。
這一節(jié)可以跳過，下一節(jié)是真正使用tinyobjloader庫(kù)。
//一個(gè)文件會(huì)有多個(gè)ModelObject，一個(gè)ModelObject根據(jù)材質(zhì)分為多個(gè)ModelSub
//注意ModelSub為一個(gè)材質(zhì)，需要讀取時(shí)合并網(wǎng)格
class ModelObject
{
friend class VK;
public:
//從源文件加載模型
static vector<ModelObject*> Create(string_view path_name);
void Load(string_view path_name);
//保存到文件
void SaveToFile(string_view path_name);
private:
vector<ModelObjectSub> _allSub; //下標(biāo)減1 為材質(zhì)，0為沒有材質(zhì)
vector<Vertex> _allVertex;//頂點(diǎn)緩存
vector<uint32_t> _allIndex;//索引緩存
vector<ModelObjectMaterial> _allMaterial;//所有材質(zhì)
//------------------不同格式加載實(shí)現(xiàn)--------------------------------
//obj
static vector<ModelObject*> _load_obj(string_view path_name);
static vector<ModelObject*> _load_obj_2(string_view path_name);
};ModelObjectSub只是表示在索引緩存的一段范圍：
//模型三角形范圍
struct ModelTriangleRange
{
ModelTriangleRange() :
_countTriangle{ 0 },
_offsetIndex{ 0 }
{}
size_t _countTriangle;
size_t _offsetIndex;
};
//子模型對(duì)象 范圍
struct ModelObjectSub
{
ModelTriangleRange _range;
};而ModelObjectMaterial表示模型材質(zhì)：
//! 材質(zhì)
struct Material
{
glm::vec4 _diffuseAlbedo;//漫反射率
glm::vec3 _fresnelR0; //菲涅耳系數(shù)
float _roughness; //粗糙度
};
//模型對(duì)象 材質(zhì)
struct ModelObjectMaterial
{
//最后轉(zhuǎn)為Model時(shí)，變?yōu)榭梢杂玫闹髻Y源
Material _material;
string _materialName;
//路徑為空，則表示沒有（VK加載時(shí)會(huì)返回0）
string _pathTexDiffuse;
string _pathTexNormal;
};三、使用
首先引入頭文件：
#define TINYOBJLOADER_IMPLEMENTATION #include <tiny_obj_loader.h>
接口原型，將obj文件變?yōu)槎鄠€(gè)ModelObject：
vector<ModelObject*> ModelObject::_load_obj_2(string_view path_name);
取得文件名，和文件所在路徑（會(huì)自動(dòng)加載路徑下的同名mtl文件，里面包含了材質(zhì)）：
string str_path = string{ path_name };
string str_base = String::EraseFilename(path_name);
const char* filename = str_path.c_str();
const char* basepath = str_base.c_str();基本數(shù)據(jù)：
debug(format("開始加載obj文件：{}，{}", filename, basepath));
bool triangulate = true;//三角化
tinyobj::attrib_t attrib; // 所有的數(shù)據(jù)放在這里
std::vector<tinyobj::shape_t> shapes;//子模型
std::vector<tinyobj::material_t> materials;//材質(zhì)
std::string warn;
std::string err;加載并打印一些信息：
bool b_read = tinyobj::LoadObj(&attrib, &shapes, &materials, &warn, &err, filename,
basepath, triangulate);
//打印錯(cuò)誤
if (!warn.empty())
debug_warn(warn);
if (!err.empty())
debug_err(err);
if (!b_read)
{
debug_err(format("讀取obj文件失?。簕}", path_name));
return {};
}
debug(format("頂點(diǎn)數(shù)：{}", attrib.vertices.size() / 3));
debug(format("法線數(shù)：{}", attrib.normals.size() / 3));
debug(format("UV數(shù)：{}", attrib.texcoords.size() / 2));
debug(format("子模型數(shù)：{}", shapes.size()));
debug(format("材質(zhì)數(shù)：{}", materials.size()));這將打印以下數(shù)據(jù)：
由于obj文件只產(chǎn)生一個(gè)ModelObject，我們?nèi)缦绿砑右粋€(gè)，并返回頂點(diǎn)、索引、材質(zhì)等引用，用于后面填充：
//obj只有一個(gè)ModelObject vector<ModelObject*> ret; ModelObject* model_object = new ModelObject; std::vector<Vertex>& mo_vertices = model_object->_allVertex; std::vector<uint32_t>& mo_indices = model_object->_allIndex; vector<ModelObjectMaterial>& mo_material = model_object->_allMaterial; ret.push_back(model_object);
首先記錄材質(zhì)信息：
//------------------獲取材質(zhì)-------------------
mo_material.resize(materials.size());
for (size_t i = 0; i < materials.size(); ++i)
{
tinyobj::material_t m = materials[i];
debug(format("材質(zhì)：{}，{}", i, m.name));
ModelObjectMaterial& material = model_object->_allMaterial[i];
material._materialName = m.name;
material._material._diffuseAlbedo = { m.diffuse[0], m.diffuse[1], m.diffuse[2], 1.0f };
material._material._fresnelR0 = { m.specular[0], m.specular[1], m.specular[2] };
material._material._roughness = ShininessToRoughness(m.shininess);
if(!m.diffuse_texname.empty())
material._pathTexDiffuse = str_base + m.diffuse_texname;
if (!m.normal_texname.empty())
material._pathTexNormal = str_base + m.normal_texname;
}這將產(chǎn)生以下輸出：
然后遍歷shape，按材質(zhì)記錄頂點(diǎn)。這里需要注意的是，一個(gè)obj文件有多個(gè)shape，每個(gè)shape由n個(gè)三角面組成。而每個(gè)三角形擁有獨(dú)立的材質(zhì)編號(hào)，所以這里按材質(zhì)分別記錄，而不是一般的合并為整體：
//------------------獲取模型-------------------
//按 材質(zhì) 放入面的頂點(diǎn)
vector<vector<tinyobj::index_t>> all_sub;
all_sub.resize(1 + materials.size());//0為默認(rèn)
for (size_t i = 0; i < shapes.size(); i++)
{//每一個(gè)子shape
tinyobj::shape_t& shape = shapes[i];
size_t num_index = shape.mesh.indices.size();
size_t num_face = shape.mesh.num_face_vertices.size();
debug(format("讀取子模型：{}，{}", i, shape.name));
debug(format("索引數(shù)：{}；面數(shù)：{}", num_index, num_face));
//當(dāng)前mesh下標(biāo)（每個(gè)面遞增3）
size_t index_offset = 0;
//每一個(gè)面
for (size_t j = 0; j < num_face; ++j)
{
int index_mat = shape.mesh.material_ids[j];//每個(gè)面的材質(zhì)
vector<tinyobj::index_t>& sub_idx = all_sub[1 + index_mat];
sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);
sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);
sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);
}
}按材質(zhì)記錄頂點(diǎn)的索引（tinyobj::index_t）后，接下來就是讀取頂點(diǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù)，并防止重復(fù)讀取：
//生成子模型，并填入頂點(diǎn)
std::unordered_map<tinyobj::index_t, size_t, hash_idx, equal_idx>
uniqueVertices;//避免重復(fù)插入頂點(diǎn)
size_t i = 0;
for (vector<tinyobj::index_t>& sub_idx : all_sub)
{
ModelObjectSub sub;
sub._range._offsetIndex = i;
sub._range._countTriangle = sub_idx.size() / 3;
model_object->_allSub.push_back(sub);
for (tinyobj::index_t& idx : sub_idx)
{
auto iter = uniqueVertices.find(idx);
if (iter == uniqueVertices.end())
{
Vertex v;
//v
v._pos[0] = attrib.vertices[idx.vertex_index * 3 + 0];
v._pos[1] = attrib.vertices[idx.vertex_index * 3 + 1];
v._pos[2] = attrib.vertices[idx.vertex_index * 3 + 2];
// vt
v._texCoord[0] = attrib.texcoords[idx.texcoord_index * 2 + 0];
v._texCoord[1] = attrib.texcoords[idx.texcoord_index * 2 + 1];
v._texCoord[1] = 1.0f - v._texCoord[1];
uniqueVertices[idx] = mo_vertices.size();
mo_indices.push_back((uint32_t)mo_vertices.size());
mo_vertices.push_back(v);
}
else
{
mo_indices.push_back((uint32_t)iter->second);
}
++i;
}
}
debug(format("解析obj模型完成：v{}，i{}", mo_vertices.size(), mo_indices.size()));
return ret;上面用到的哈希函數(shù)：
struct equal_idx
{
bool operator()(const tinyobj::index_t& a, const tinyobj::index_t& b) const
{
return a.vertex_index == b.vertex_index
&& a.texcoord_index == b.texcoord_index
&& a.normal_index == b.normal_index;
}
};
struct hash_idx
{
size_t operator()(const tinyobj::index_t& a) const
{
return ((a.vertex_index
^ a.texcoord_index << 1) >> 1)
^ (a.normal_index << 1);
}
};最后打印出來的數(shù)據(jù)如下：
對(duì)于材質(zhì)的處理，漫反射貼圖即是基本貼圖，而法線（凹凸）貼圖、漫反射率、菲涅耳系數(shù)、光滑度等需要渲染管線支持并與光照計(jì)算產(chǎn)生效果。
四、完整代碼
可以此處獲取最新的源碼（我會(huì)改用Assimp，并添加骨骼動(dòng)畫、Blinn-Phong光照模型），也可以用后面的：傳送門
如果有用，歡迎點(diǎn)贊、收藏、關(guān)注，我將更新更多C++相關(guān)的文章。
#define TINYOBJLOADER_IMPLEMENTATION
#include <tiny_obj_loader.h>
struct equal_idx
{
bool operator()(const tinyobj::index_t& a, const tinyobj::index_t& b) const
{
return a.vertex_index == b.vertex_index
&& a.texcoord_index == b.texcoord_index
&& a.normal_index == b.normal_index;
}
};
struct hash_idx
{
size_t operator()(const tinyobj::index_t& a) const
{
return ((a.vertex_index
^ a.texcoord_index << 1) >> 1)
^ (a.normal_index << 1);
}
};
float ShininessToRoughness(float Ypoint)
{
float a = -1;
float b = 2;
float c;
c = (Ypoint / 100) - 1;
float D;
D = b * b - (4 * a * c);
float x1;
x1 = (-b + sqrt(D)) / (2 * a);
return x1;
}
vector<ModelObject*> ModelObject::_load_obj_2(string_view path_name)
{
string str_path = string{ path_name };
string str_base = String::EraseFilename(path_name);
const char* filename = str_path.c_str();
const char* basepath = str_base.c_str();
bool triangulate = true;
debug(format("開始加載obj文件：{}，{}", filename, basepath));
tinyobj::attrib_t attrib; // 所有的數(shù)據(jù)放在這里
std::vector<tinyobj::shape_t> shapes;//子模型
std::vector<tinyobj::material_t> materials;
std::string warn;
std::string err;
bool b_read = tinyobj::LoadObj(&attrib, &shapes, &materials, &warn, &err, filename,
basepath, triangulate);
//打印錯(cuò)誤
if (!warn.empty())
debug_warn(warn);
if (!err.empty())
debug_err(err);
if (!b_read)
{
debug_err(format("讀取obj文件失?。簕}", path_name));
return {};
}
debug(format("頂點(diǎn)數(shù)：{}", attrib.vertices.size() / 3));
debug(format("法線數(shù)：{}", attrib.normals.size() / 3));
debug(format("UV數(shù)：{}", attrib.texcoords.size() / 2));
debug(format("子模型數(shù)：{}", shapes.size()));
debug(format("材質(zhì)數(shù)：{}", materials.size()));
//obj只有一個(gè)ModelObject
vector<ModelObject*> ret;
ModelObject* model_object = new ModelObject;
std::vector<Vertex>& mo_vertices = model_object->_allVertex;
std::vector<uint32_t>& mo_indices = model_object->_allIndex;
vector<ModelObjectMaterial>& mo_material = model_object->_allMaterial;
ret.push_back(model_object);
//------------------獲取材質(zhì)-------------------
mo_material.resize(materials.size());
for (size_t i = 0; i < materials.size(); ++i)
{
tinyobj::material_t m = materials[i];
debug(format("材質(zhì)：{}，{}", i, m.name));
ModelObjectMaterial& material = model_object->_allMaterial[i];
material._materialName = m.name;
material._material._diffuseAlbedo = { m.diffuse[0], m.diffuse[1], m.diffuse[2], 1.0f };
material._material._fresnelR0 = { m.specular[0], m.specular[1], m.specular[2] };
material._material._roughness = ShininessToRoughness(m.shininess);
if(!m.diffuse_texname.empty())
material._pathTexDiffuse = str_base + m.diffuse_texname;
if (!m.normal_texname.empty())//注意這里凹凸貼圖（bump_texname）更常見
material._pathTexNormal = str_base + m.normal_texname;
}
//------------------獲取模型-------------------
//按 材質(zhì) 放入面的頂點(diǎn)
vector<vector<tinyobj::index_t>> all_sub;
all_sub.resize(1 + materials.size());//0為默認(rèn)
for (size_t i = 0; i < shapes.size(); i++)
{//每一個(gè)子shape
tinyobj::shape_t& shape = shapes[i];
size_t num_index = shape.mesh.indices.size();
size_t num_face = shape.mesh.num_face_vertices.size();
debug(format("讀取子模型：{}，{}", i, shape.name));
debug(format("索引數(shù)：{}；面數(shù)：{}", num_index, num_face));
//當(dāng)前mesh下標(biāo)（每個(gè)面遞增3）
size_t index_offset = 0;
//每一個(gè)面
for (size_t j = 0; j < num_face; ++j)
{
int index_mat = shape.mesh.material_ids[j];//每個(gè)面的材質(zhì)
vector<tinyobj::index_t>& sub_idx = all_sub[1 + index_mat];
sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);
sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);
sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);
}
}
//生成子模型，并填入頂點(diǎn)
std::unordered_map<tinyobj::index_t, size_t, hash_idx, equal_idx>
uniqueVertices;//避免重復(fù)插入頂點(diǎn)
size_t i = 0;
for (vector<tinyobj::index_t>& sub_idx : all_sub)
{
ModelObjectSub sub;
sub._range._offsetIndex = i;
sub._range._countTriangle = sub_idx.size() / 3;
model_object->_allSub.push_back(sub);
for (tinyobj::index_t& idx : sub_idx)
{
auto iter = uniqueVertices.find(idx);
if (iter == uniqueVertices.end())
{
Vertex v;
//v
v._pos[0] = attrib.vertices[idx.vertex_index * 3 + 0];
v._pos[1] = attrib.vertices[idx.vertex_index * 3 + 1];
v._pos[2] = attrib.vertices[idx.vertex_index * 3 + 2];
// vt
v._texCoord[0] = attrib.texcoords[idx.texcoord_index * 2 + 0];
v._texCoord[1] = attrib.texcoords[idx.texcoord_index * 2 + 1];
v._texCoord[1] = 1.0f - v._texCoord[1];
uniqueVertices[idx] = mo_vertices.size();
mo_indices.push_back((uint32_t)mo_vertices.size());
mo_vertices.push_back(v);
}
else
{
mo_indices.push_back((uint32_t)iter->second);
}
++i;
}
}
debug(format("解析obj模型完成：v{}，i{}", mo_vertices.size(), mo_indices.size()));
return ret;
}到此這篇關(guān)于C++解析obj模型文件方法介紹的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++解析obj內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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