《OpenGL ES 3.x 游戏开发》 3D 模型加载和渲染

学习笔记内容摘录

《OpenGL ES 3.x 游戏开发》 3D 模型加载和渲染

学习笔记内容摘录

标签: OpenGL  

在使用 OpenGL 绘制时,我们最多绘制的是一些简单的图形,比如三角形、圆形、立方体等,因为这些图形的顶点数量不多,还是可以手动的写出那些顶点的,可要是绘制一些复杂图形该怎么办呢?

这时候就可以使用 OpenGL 来加载 3D 模型。先使用 3D 建模工具构建物体,然后再将物体导出成特定的文件格式,最终通过 OpenGL 渲染模型。

例如如下的 3D 模型文件图像:

Obj 模型文件

obj 模型文件是众多 3D 模型文件中的一种,它的格式比较简单,本质上就是文本文件,只是格式固定了格式。

obj 文件将顶点坐标、三角形面、纹理坐标等信息以固定格式的文本字符串表示。

截取一小段 obj 文件内容:

# Max2Obj Version 4.0 Mar 10th, 2001
#
# object (null) to come ...
#
v  -0.052045 11.934561 -0.071060
v  -0.052045 11.728649 1.039199
...
# 288 vertices
vt 0.000000 0.000000 0.000000
vt 1.000000 0.000000 0.000000
...
vt 1.000000 1.000000 0.000000
# 122 texture vertices
vn 0.000000 0.000000 -1.570796
vn 0.000000 0.000000 -1.570796
...
vn 0.000000 0.000000 1.570796
# 8 vertex normals
g (null)
f 1/10/1 14/12/11 13/4/11 
f 1/11/4 2/12/3 14/12/11
...
f 5/4/5 7/3/7 3/1/3
# 576 faces
g
  • ”#” 开头的行表示注释,加载过程中可以忽略
  • “v” 开头的行用于存放顶点坐标,后面三个数表示一个顶点的 x , y , z 坐标 如:
v  -0.052045 11.934561 -0.071060
  • “vt” 开头的行表示存放顶点纹理坐标,后面三个数表示纹理坐标的 S,T,P 分量,其中 P 指的是深度纹理采样,主要用于 3D 纹理的采样,但使用的较少 如:

    vt 0.000000 0.000000 0.000000
    
    • “vn” 开头的行用于存放顶点法向量,后面三个数分别表示一个顶点的法向量在 x 轴,y 轴,z 轴上的分量。 如: java vn 0.000000 0.000000 1.570796
  • “g” 开头的行表示一组的开始,后面的字符串为此组的名称。组就是由顶点组成的一些面的集合,只包含 “g” 的行表示一组的结束,与 “g” 开头的行对应。

  • “f” 开头的行表示组中的一个面,对于三角形图形,后面有三组用空格分隔的数据,代表三角形的三个顶点。每组数据中包含 3 个数值,用 / 分隔,依次表示顶点坐标数据索引顶点纹理坐标数据索引顶点法向量数据索引,注意这里都是指索引,而不是指具体数据,索引指向的是具体哪一行对应的坐标 如:

    f 1/10/1 14/12/11 13/4/12 
    

    如上数据代表了三个顶点,其中三角形 3 个顶点坐标来自 1、14、13 号以 “v” 开头的行, 3 个顶点的纹理坐标来自 10、12、4 号以 “vt” 开头的行,3 个顶点的法向量来自 1、11、12 号以 “vn” 开头的行。

    如果顶点坐标没有法向量和纹理坐标,那么直接可以忽略,用空格将三个顶点坐标索引分开就行

    f 1 3 4
    

最后 OpenGL 在绘制时采用的是 GL_TRIANGLES,也就是由 ABCDEF 六个点绘制 ABC、DEF 两个三角形,所以 “f” 开头的行都代表绘制一个独立的三角形,最终图像由一个一个三角形拼接组成,并且彼此的点可以分开。

加载 Obj 模型文件

明白了 Obj 模型文件代表的含义,接下来把它加载并用 OpenGL 进行渲染。

Obj 模型文件实质上也就是文本文件了,通过读取每一行来进行加载即可,假设加载的模型文件只有顶点坐标,实际代码如下:

		// 加载所有的顶点坐标数据,把 List 容器的 index 当成 索引
        ArrayList<Float> alv = new ArrayList<>();
        // 代表绘制图像的每一个小三角形的坐标
        ArrayList<Float> alvResult = new ArrayList<>();
        // 最终要传入给 OpenGL 的数组
        float[] vXYZ;
        try {
            InputStream in = context.getResources().getAssets().open(fname);
            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in);
            BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
            String temps = null;
			// 遍历每一行来读取内容
            while ((temps = br.readLine()) != null) {
	            // 正则表达式 用空格分开
                String[] tempsa = temps.split("[ ]+");
                // 先把所有的顶点坐标加入到 List 中,这样就有了索引
                if (tempsa[0].trim().equals("v")) {
                    alv.add(Float.parseFloat(tempsa[1]));
                    alv.add(Float.parseFloat(tempsa[2]));
                    alv.add(Float.parseFloat(tempsa[3]));
                } else if (tempsa[0].trim().equals("f")) {
                // 根据 f 指示的索引,找到对应的顶点坐标,
                // 这里 -1 的操作是因为 List 从 0 开始,f 开头的行的索引从 1 开始
                // *3 是因为要跳过 3 的倍数个顶点
                    int index = Integer.parseInt(tempsa[1].split("/")[0]) - 1;
                    alvResult.add(alv.get(3 * index));
                    alvResult.add(alv.get(3 * index + 1));
                    alvResult.add(alv.get(3 * index + 2));

                    index = Integer.parseInt(tempsa[2].split("/")[0]) - 1;
                    alvResult.add(alv.get(3 * index));
                    alvResult.add(alv.get(3 * index + 1));
                    alvResult.add(alv.get(3 * index + 2));

                    index = Integer.parseInt(tempsa[3].split("/")[0]) - 1;
                    alvResult.add(alv.get((3 * index)));
                    alvResult.add(alv.get((3 * index + 1)));
                    alvResult.add(alv.get((3 * index + 2)));
                }
            }
            // 把面的坐标转换为最终要传递给 OpenGL 的数组
            // 根据这个数组,然后按照 GL_TRIANGLES 方式进行绘制
            int size = alvResult.size();
            vXYZ = new float[size];
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                vXYZ[i] = alvResult.get(i);
            }
            return vXYZ;
        } catch (IOException e) {
            return null;
        }

通过上面的函数就计算出了最终的顶点坐标位置,并将此顶点坐标位置传入给 GPU ,通过 FloatBuffer 进行转换等等,这就和之前的文章内容相同了。

如果只是单纯的导入了所有顶点,并决定了要绘制的颜色,就会出现类似上面的单一颜色的绘制情况,事实上可以通过修改片段着色器来给 3D 模型添加条纹着色效果。

利用着色器添加条纹着色效果

通过修改片段着色器来给 3D 形状添加条纹着色效果。

precision mediump float;
varying  vec3 vPosition;  //顶点位置
void main() {
   vec4 bColor=vec4(0.678,0.231,0.129,0);//条纹的颜色
   vec4 mColor=vec4(0.763,0.657,0.614,0);//间隔的颜色
   float y=vPosition.y;
   y=mod((y+100.0)*4.0,4.0);
   if(y>1.8) {
     gl_FragColor = bColor;//给此片元颜色值
   } else {
     gl_FragColor = mColor;//给此片元颜色值
   }
// 默认使用单一颜色进行绘制
//   vec4 white = vec4(1,1,1,1);
//   gl_FragColor = white;
}

实现的方式也是根据片段的 y 坐标所在位置来决定该片段是采样条纹的颜色还是间隔的颜色。

最后,加载 3D 模型就先了解到这了,如果想要加载更多效果,倒是可以继续深挖,只是没有 MAC 版本的 3ds Max 软件,却是少了一些乐趣~~

参考

  1. 《OpenGL ES 3.x 游戏开发》

「真诚赞赏,手留余香」

Glumes

请我喝杯咖啡?

使用微信扫描二维码完成支付

一起交流学习,答疑解惑,有问题,我们星球见~~~

欢迎扫描关注微信公众号:【纸上浅谈】,获得最新文章推送~~~


相关文章

comments powered by Disqus