OBJ 模型文件与MTL材质文件 介绍

Posted 2021-12-14 长江很多号

制作3D模型的软件有很多，例如3D max, Blender, Maya等。于是就有很多模型文件格式。 例如.obj、.max、.fbx .3ds。 其中obj最简单，关键是，还可以文本方式打开，对窥探3D模型的数据格式比较有用。所以，我们这里用obj格式来说明3D模型文件。

obj由Wavefront公司为3D建模和动画软件"Advanced Visualizer"开发的一种标准，各大3D建模软件都支持，也很适合用于3D软件互相做格式转换。

obj文件需要搭配一个附属文件，叫mtl。全称就是material，也就是材质的意思。
怎么分工呢？
几何信息由.obj文件提供，材质信息由.mtl文件提供。
啥是几何信息？就是顶点/纹理坐标，索引值等。 啥是材质信息？就是纹理用哪一张，光照参数用多少等等。

一个模型可以由多个子模型组成，每个子模型，称为网格（Mesh）。例如，一个人物模型，可以包括头和手，脚，衣服，道具等子模型。
所以obj文件，可以包含1个或者多个object对象。

同理，mtl文件也可以声明多种材质，比如衣服的材质，道具的材质等等。

好了，话不多说，开始来深入了解OBJ文件的结构。

OBJ 文件的结构

我们下载一个3D模型文件来具体打开看看。
有很多下载3D模型的网站，当然了，有兴趣，你也可以自己下载个软件画个模型。

网站例子：

https://free3d.com/3d-models/

我下载了一只可爱的小鸭子。

解压后，有3个文件：

mtl和obj都可以用文本编辑器打开。
我们打开第一个，并直接加一些注解如下：

# 3ds Max Wavefront OBJ Exporter v0.97b - (c)2007 guruware
# File Created: 09.12.2011 14:44:16

##chenxf: obj对应的mtl材质文件，一般放在同一级目录
mtllib 12248_Bird_v1_L2.mtl



##chenxf: o开头，表示对象名称
o 12248_Bird_v1

##chenxf: v开头，表示顶点
v  12.0437 -1.8030 28.0499
v  12.5763 -0.5349 27.5635
v  11.8189 0.5112 28.9634
....省略....
v  -2.0651 -8.0560 53.2951
v  -2.1582 -7.8612 53.3584
# 8758 vertices


##chenxf:  vn开头, 顶点法向量
vn 0.8496 -0.1740 0.4978
vn 0.8701 -0.1437 0.4715
vn 0.7973 -0.0563 0.6009
....省略....
vn 0.9099 0.4028 0.0992
vn 0.9549 0.2840 0.0870
vn 0.8520 0.5001 0.1548
# 8685 vertex normals



##chenxf: vt 开头，表示存放的是纹理坐标，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；
vt 0.3554 0.7424 0.0000
vt 0.3366 0.7172 0.0000
vt 0.3719 0.6891 0.0000
vt 0.3883 0.7135 0.0000
....省略....
vt 0.5612 0.6731 0.0000
vt 0.5779 0.6691 0.0000
vt 0.5904 0.6572 0.0000
# 9582 texture coords


##chenxf: 组名称
g 12248_Bird_v1


##chenxf: 使用哪个mtl
usemtl 12248_Bird_v1


##chenxf: s开头，Smooth shading across polygons, 大于0表示开启平滑渲染
s 2


##chenxf: f开头，face，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。
f 1/1/1 2/4801/2 3/2613/3 4/4804/4 
f 2/4801/2 5/2/5 6/4802/6 3/2613/3 
f 7/3/7 8/4803/8 3/2613/3 6/4802/6 
f 8/4803/8 9/4/9 4/4804/4 3/2613/3 
....省略....
f 8749/9171/8676 8700/2601/8627 8745/9170/8672 8758/4800/8685 
f 8742/2611/8669 8741/9169/8668 8758/4800/8685 8745/9170/8672 
f 8741/9169/8668 8738/2610/8665 8756/9176/8683 8758/4800/8685 
# 8752 polygons

MTL材质文件

接下来，再打开mtl文件看看：

# 3ds Max Wavefront OBJ Exporter v0.97b - (c)2007 guruware
# File Created: 09.12.2011 14:44:16

##chenxf: 声明一个名字叫12248_Bird_v1的材质，obj文件usemtl需要用到
newmtl 12248_Bird_v1
	Ns 28.0000 # 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 1.5000  # 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 1.0000   # 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 0.0000  # 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 1.0000 1.0000 1.0000 # Tf 表示材质的滤光折射率，三维向量表示
	illum 2 # illum 表示材质的光照模型，范围0-10，这里2表示开启高光
	Ka 1.0000 1.0000 1.0000 # Ka 表示材质的环境光（Ambient Color）(r，g，b)；
	Kd 1.0000 1.0000 1.0000 # Kd 表示材质的散射光（Diffuse Color）(r，g，b)；
	Ks 0.2880 0.2880 0.2880 # Ks 表示材质的镜面光（Apecular Color）(r，g，b)；
	Ke 0.0000 0.0000 0.0000 # 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 12248_Bird_v1_diff.jpg # 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 12248_Bird_v1_diff.jpg # map_Kd 表示为材质的漫反射指定纹理文件
                                      # 还有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, 这个例子不需要

注释已经写的很明白了。

另外，再次啰嗦一下，上面的例子虽然只有一个模型对象和一个材质。但再复杂一些的模型，是可以一个obj文件，声明多个子模型（即，网格）。 每个网格，也可以使用多个材质，材质也不要求一定有纹理图片。

不信请看我下载的另一个模型文件的obj和mtl的截图：

参考

NDK OpenGL ES 3.0 开发（二十）：3D 模型
NDK OpenGL ES 3.0 开发（二十一）：3D 模型加载和渲染
mtl dataformat