作者:字节流动
来源:https://blog.csdn.net/Kennethdroid/article/details/103771970
OpenGLES 3D 模型
OpenGLES 3D 模型本质上是由一系列三角形在 3D 空间(OpenGL 坐标系)中构建而成,另外还包含了用于描述三角形表面的纹理、光照、材质等信息。
构建一些规则的 3D 物体,如立方体、球体、椎体等,我们自己可以手动轻易实现,但是在实际开发中往往会用到复杂的 3D 物体,如人体、汽车等,这就需要设计师和专业的建模工具软件(像 3DS Max、Maya )来生成。
利用 3D 建模软件,设计师可以构建一些复杂的形状,并将贴图应用到形状上去,不需要去关注图像技术细节。最后在导出模型文件时,建模工具会自己生成所有的顶点坐标、顶点法线和纹理坐标。
常用的模型文件格式有 .obj、.max、.fbx .3ds 等,其中 .obj 是 Wavefront 科技开发的一种几何体图形文件格式,包含每个顶点的位置、纹理坐标、法线,以及组成面(多边形)的顶点列表等数据,应用较为广泛。
OBJ 文件的结构
本文主要介绍 obj 3D 模型文件及其附属文件 mtl ,下面是 obj 模型文件的数据结构(为了方便展示部分数据被略过)。
# 3ds Max Wavefront OBJ Exporter v0.97b - (c)2019 guruware # File Created: 25.01.2019 02:22:51 mtllib earth.mtl v -4.4189 340.8998 -4.2436 v -4.4189 339.2582 -37.6576 v -7.6941 339.2582 -37.4967 v -10.9377 339.2582 -37.0156 v -14.1185 339.2582 -36.2188 v -17.2059 339.2582 -35.1141 ... # 1986 vertices vn -0.0000 1.0000 0.0000 vn 0.0000 0.9950 -0.0995 vn -0.0098 0.9950 -0.0991 vn -0.0194 0.9950 -0.0976 vn -0.0289 0.9950 -0.0952 vn -0.0381 0.9950 -0.0920 vn -0.0469 0.9950 -0.0878 ... # 1986 vertex normals vt 0.0000 1.0000 0.0000 vt 0.0000 0.9688 0.0000 vt 0.0156 0.9688 0.0000 vt 0.0156 1.0000 0.0000 vt 0.0313 0.9688 0.0000 vt 0.0313 1.0000 0.0000 ... # 2143 texture coords usemtl 01___Default s 1 f 1/1/1 2/2/2 3/3/3 f 1/4/1 3/3/3 4/5/4 f 1/6/1 4/5/4 5/7/5 f 1/8/1 5/7/5 6/9/6 f 1/10/1 6/9/6 7/11/7 ...
OBJ 文件数据结构的简单说明:
#
开头的行表示注释行;mtllib
表示指定该 OBJ 文件所使用的 mtl 文件(材质文件);v
开头的行表示存放的是顶点坐标,后面三个数分别表示一个顶点的(x,y,z)坐标值;vn
开头的行表示存放的是顶点法向量,后面三个数分别表示一个顶点法向量的三维(x,y,z)分量值;vt
开头的行表示存放的是纹理坐标,后面三个数分别表示一个纹理坐标的(s,t,p)分量值,其中 p 分量一般用于 3D 纹理;usemtl 01___Default
表示使用指定 mtl 文件中名为01___Default
的材质;s 1
表示开启平滑渲染;f
开头的行表示存放的是一个三角面的信息,后面有三组数据分别表示组成三角面的三个顶点的信息,每个顶点信息的格式为:顶点位置索引/纹理坐标索引/法向量索引。
mtl 文件的结构:
# 3ds Max Wavefront OBJ Exporter v0.97b - (c)2019 guruware # File Created: 25.01.2019 02:22:51 newmtl 01___Default Ns 10.0000 Ni 1.5000 d 1.0000 Tr 0.0000 Tf 1.0000 1.0000 1.0000 illum 2 Ka 0.0000 0.0000 0.0000 Kd 0.0000 0.0000 0.0000 Ks 0.0000 0.0000 0.0000 Ke 0.0000 0.0000 0.0000 map_Ka 4096_earth.jpg map_Kd 4096_earth.jpg map_Ke 4096_night_lights.jpg map_bump 4096_bump.jpg bump 4096_bump.jpg newmtl 02___Default Ns 10.0000 Ni 1.5000 d 1.0000 Tr 0.0000 Tf 1.0000 1.0000 1.0000 illum 2 Ka 0.5882 0.5882 0.5882 Kd 0.5882 0.5882 0.5882 Ks 0.0000 0.0000 0.0000 Ke 0.0000 0.0000 0.0000 map_Ka 4096_clouds.jpg map_Kd 4096_clouds.jpg map_d 4096_clouds.jpg
mtl 文件结构说明:
newmtl 01___Default
表示定义一个名为01___Default
的材质;Ns
表示材质的反射指数,反射指数越高则高光越密集,取值范围在一般为 [0,1000];Ni
表示材质的折射值(折射率),一般取值范围是 [0.001,10] ,取值为 1.0,表示光在通过物体的时候不发生弯曲,玻璃的折射率为 1.5 ;d
表示材质的渐隐指数(通透指数),取值为 1.0 表示完全不透明,取值为 0.0 时表示完全透明;Tr
表示材质的透明度(与d
的取值相反),默认值为0.0(完全不透明);Tf
表示材质的滤光折射率,三维向量表示;illum
表示材质的光照模型;Ka
表示材质的环境光(Ambient Color)(r,g,b);Kd
表示材质的散射光(Diffuse Color)(r,g,b);Ks
表示材质的镜面光(Apecular Color)(r,g,b);Ke
表示材质的发射光,它与环境光,散射光和镜面光并存,代表材质发出的光量;map_Ka
表示为材质的环境反射指定纹理文件(纹理采样值与环境光相乘作为输出颜色的一部分加权);map_Kd
表示为材质的漫反射指定纹理文件;map_Ke
表示为材质的发射光指定纹理文件;map_d
表示为材质的透明度指定纹理文件;bump
表示指定材质的凹凸纹理文件,凹凸纹理修改表面法线,用于凹凸纹理的图像表示相对于平均表面的表面拓扑或高度(没用过)。
模型加载库 Assimp
Assimp 全称为 Open Asset Import Library,可以支持几十种不同格式的模型文件的解析(同样也可以导出部分模型格式),Assimp 本身是 C++ 库,可以跨平台使用。
Assimp 可以将几十种模型文件都转换为一个统一的数据结构,所有无论我们导入何种格式的模型文件,都可以用同一个方式去访问我们需要的模型数据。
当导入一个模型文件时,Assimp 将加载该模型文件所包含的所有模型和场景数据到一个 scene 对象,为这个模型文件中的所有场景节点、模型节点都生成一个具有对应关系的数据结构,如下图所示:
一个模型往往是由很多小模型组成,这些小模型在 Assimp 中称之为 Mesh ,Mesh 进行独立渲染,Mesh 对象本身包含渲染所需的所有相关数据,比如顶点位置、法向量、纹理坐标以及物体的材质。
编译模型加载库 Assimp
Assimp 源代码地址:https://github.com/assimp/assimp
环境准备:
Windows 7 Android Studio 版本> 2.3.0 (带有 NDK 和 CMake) Python 3.5
- 从 Github 下载 Assimp(本文使用的是 assimp-v.5.0.0) 源码并解压到一个新建文件夹 BuildAssimp 中;
- 在 BuildAssimp 文件夹新建一个 make_standalone_toolchain.bat 文件用于创建编译所需的工具链,该文件内容如下:
python D:/AndroidSDK/Sdk/ndk-bundle/build/tools/make_standalone_toolchain.py --arch=arm --stl=libc++ --api=24 --install-dir=android-toolchain-24-llvm-arm
D:/AndroidSDK/Sdk/ndk-bundle/build/tools/make_standalone_toolchain.py
需要换成你本地的 Android SDK 中的工具链构建脚本。
双击脚本,执行完成后,会在当前目录下(BuildAssimp 文件夹中)生成一个新的文件夹 android-toolchain-24-llvm-arm ,它是我们用于编译 32 位的 assimp 库用到的工具链。
- 在 BuildAssimp 文件夹中新建一个 build_assimp.bat 文件,用于编译生成 assimp.so 文件,其内容如下:
@echo off cls REM *NOTE* Change these based on SET ASSIMP_DIR=assimp-v.5.0.0 SET OUTPUT_DIR=assimp-build-arm SET ANDROID_PATH=D:\AndroidSDK\Sdk SET NDK_PATH=D:\AndroidSDK\Sdk\ndk-bundle SET NDK_TOOLCHAIN=%~dp0android-toolchain-24-llvm-arm SET CMAKE_TOOLCHAIN=%NDK_PATH%\build\cmake\android.toolchain.cmake SET CMAKE_PATH=%ANDROID_PATH%\cmake\3.6.4111459 REM *NOTE* Careful if you don't want rm -rf, I use it for testing purposes. del /F /S /Q %OUTPUT_DIR% mkdir %OUTPUT_DIR% REM pushd doesn't seem to work ):< cd %OUTPUT_DIR% if not defined ORIGPATH set ORIGPATH=%PATH% SET PATH=%CMAKE_PATH%\bin;%ANDROID_PATH%\tools;%ANDROID_PATH%\platform-tools;%ORIGPATH% cmake ^ -GNinja ^ -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=%CMAKE_TOOLCHAIN% ^ -DASSIMP_ANDROID_JNIIOSYSTEM=ON ^ -DANDROID_NDK=%NDK_PATH% ^ -DCMAKE_MAKE_PROGRAM=%CMAKE_PATH%\bin\ninja.exe ^ -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ^ -DANDROID_ABI="armeabi-v7a" ^ -DANDROID_NATIVE_API_LEVEL=24 ^ -DANDROID_FORCE_ARM_BUILD=TRUE ^ -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=install ^ -DANDROID_STL=c++_static ^ -DCMAKE_CXX_FLAGS=-Wno-c++11-narrowing ^ -DANDROID_TOOLCHAIN=clang ^ -DASSIMP_BUILD_TESTS=OFF ^ ../%ASSIMP_DIR% cmake --build . cd .. pause
这里需要配置你的 Android SDK 和 NDK path 。
双击脚本,执行完成后,会在 BuildAssimp 文件夹下生成一个新的文件夹 android-toolchain-24-llvm-arm ,编译通过后会在 android-toolchain-24-llvm-arm/code/ 下生成 32 位的 assimp.so 文件。
下一节中将会使用 assimp.so 去加载 obj 模型文件,然后利用 OpenGL ES 渲染模型。
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