03 加载模型
Posted etherovo
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了03 加载模型相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、Assimp
- Assimp可以将模型导成如下的格式：
- 首先，该模型被打包成一个scene对象，是aiScene类型的，一般是导出为指向常量的指针。在scene中保存着三个对象：
- 第一个是一个aiNode类型的指针，即根节点scene->mRootNode。
- 第二个是一个aiMesh*类型的数组，即scene->mMeshes。保存着所有mesh的信息。
- 第三个是一个aiMaterial*类型的数组，即scene->mMaterials。aiMaterial保存着一套纹理信息。
- 其次，在每一个aiNode中，有两种对象
- 第一个是mMeshes数组，里面保存着aiMesh中的索引；
- 第二个是mChildren数组，里面保存着aiNode类型的指针，即其他子节点。
- 此外，在每一个aiMesh中，保存着五种对象：
- 第一个是mVerticles数组，里面保存着一系列的顶点位置，其数据类型是Assimp自定义的三维矢量，所以需要逐个元素的转移
- 第二个是mNormals数组，里面保存着一系列的法向量，其位置与顶点是对应的，其数据类型是Assimp自定义的三维矢量，所以需要逐个元素的转移
- 第三个是mTextureCoords数组，这是一个二维数组，第一个维度表示不同的纹理，第二个维度表示该纹理体系下每一个顶点的纹理坐标，其位置与顶点是对应的，其数据类型是Assimp自定义的二维矢量，所以需要逐个元素的转移；需要注意的是，specular与diffuse贴图是共用纹理坐标的，他们也是属于同一个material。
- 第四个是mFaces数组，这是一个aiFace类的数组，aiFace类是一个图形类，代表三角形等基本的绘制图形，每一个aiFace对象face都有一个mIndices对象，这是一个对该aiMesh的顶点位置索引数组，表示这图形需要使用这些顶点来绘制，并且按照这个顺序来绘制。
- 最后一个是mMaterialIndex，这是一个对scene->mMaterials的索引，一个mesh只有一个索引。scene->mMaterials的每一个元素是一个aiMaterial类的对象，aiMaterial类定义了一系列的函数，如GetTextureCount(aiTextureType type)可以返回diffuse或者specular纹理的数量，GetTexture(aiTextureType
type, unsigned int i, aiString &str)可以返回该类型纹理中第i个纹理的地址，这个地址可能是相对路径也可能是绝对路径，取决于资源自身，基于这两个函数就可以按照之前的的流程定义纹理了。
二、网格
- 回顾之前的内容可知，绘制在模型部分需要用到VAO，VBO，EBO，Texture，其中VBO需要一个顶点数组，包括顶点位置、法线、纹理坐标，EBO需要一个索引数组，最终表示成unsigned int的ID就可以使用，而纹理同样最终表示成ID，我们只要拿到id就可以使用了，至于纹理本身不需要记录的。我们将mesh作为一个基本的绘制单元，它包含自己的定点信息和纹理等信息，正如我们之前绘制的立方体一样。因此，我们期待将mesh作为一个类，并将绘制流程中所需要的操作和信息集成进去。
- 除了shader相关的部分，都可以被集成：
- 首先定义一个Vertex类，可以看出这个类包含着一个顶点的三种信息
struct Vertex
glm::vec3 Position;
glm::vec3 Normal;
glm::vec3 TexCoords;
;
- 然后，在Mesh类中定义一个vector成员，是Vertex的容器，这样做的好处在于struct的成员是连续排布的，那么Vertex的vector就是一系列定点信息的连续排布，这是不是跟我们之前定义的float vertices[]有很好的对应了呢。但是，有一个差异在于，float[]的名字是指向数组首地址的指针，可以直接用到glBufferData中，但是vector的名字不是指针，所以需要索引处第一个元素并取址。这样，我们就定义好了第一个CPU数据vertices。
std::vector<Vertex> vertices;
- 然后，在Mesh类中定义indices，这样我们就定义好了第二个CPU数据indices。
vector<unsigned int> indices;
- 基于这两个数据，我们就可以生成VAO,VBO,EBO了，因此我们再定义这三个成员。
unsigned int VAO, VBO, EBO;
- 此外，我们在定义一个纹理类Texture。其中除了最终的纹理id之外，我们还需要记录纹理类型（方便uniform操作），以及纹理对应图像的地址（避免重复定义纹理类对象，减少计算量）
struct Tecture
unsigned int id;
string type;
string path;
;
- 并在Mesh中定义vector
，来记录所有的纹理；注意，此处的纹理是最终结果，在Mesh中不进行纹理操作。
vector<Texture> textures;
- 到目前为止，我们定义了纹理，定义了缓冲和其CPU数据，因为没有在这里定义纹理操作，所以还差缓冲操作，就可以完成前期的准备了；我们把它放在构造函数中。可以看到，除了三个数组的初始化之外，还在setupMesh函数中进行了缓冲操作，并定义了VAO VBO EBO。一个有趣的现象是vector的字节数采取了vector长度乘以元素size的方法，另外正如前面所述使用vector首元素的地址作为首地址，另外一个更为有趣的方法是使用offsetof来获得结构体中属性的偏置来作为顶点指针函数的偏置。
Mesh::Mesh(vector<Vertex> _vertices, vector<unsigned int> _indices, vector<Texture> _textures)
vertices = _vertices;
indices = _indices;
textures = _textures;
setupMesh();
void Mesh::setupMesh()
glGenBuffers(1, &VBO);
glGenBuffers(1, &EBO);
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glBindVertexArray(VAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.size() * sizeof(Vertex), &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size()*sizeof(unsigned int), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertices.size() * sizeof(Vertex), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertices.size() * sizeof(Vertex), (void*)(offsetof(Vertex,Normal)));
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertices.size() * sizeof(Vertex), (void*)(offsetof(Vertex, TexCoords)));
glEnableVertexAttribArray(2);
glBindVertexArray(0);
- 到此为止，我们获得了绘制需要的东西VAO和纹理，前者表明缓冲操作完成了，但是后者还不完善，因为在绘制时需要将纹理传输进shader中，因此，我们再次定义一个绘制函数Draw，只需要一个Shader类参数就可以完成绘制了。当然，其他的shaderuniform操作不属于Mesh的任务，在Draw之外完成就可以了，但是这也是到目前的内容为止，仅剩的需要补充的内容了。
- 在此之前，有一个问题需要解决，那就是我们已经在其他某个地方定义了纹理获得了id并激活了对应的位置，这个结果对应的id保存在了我们的vector中，但是我们还需要将纹理在shader中对应的sampler2D进行glUniformi的操作，但是如何保证uniform的结果即shadr中的某个纹理(在程序中发挥着某种着色作用)被正确的绑定到了某个id上呢。按照之前的shader，我们对纹理的区分只有diffuse和specular，那么在这个基础上，我们只要能够区分这两个就可以达到效果了。这也正是为什么在Texture类中加入了type的原因。这样一来，就可以按照textures中的纹理顺序将对应类型的sampler2D有序的注册了，但是这并不能保证对齐，除非textures中的纹理也是按照这个顺序激活的，事实上正是如此，我们将激活与unform赋值同时进行。同时可以看出，在纹理方面我们只剩下了定义以及加载绑定贴图这一部分了。
- 虽然我们可以按照Texture类的type属性来二分纹理的类型，但是距离glUniformi着色器中的texture还差一步，那便是Mesh作为一个被封装的类，其Draw函数是被写死的，那么其中的glUniformi操作是固定的，这意味着我们能访问的uniform变量必须具有有迹可循的名字，所以需要确定命名规范。这个名字只需要包含三个要素就可以了：texture表明是一个纹理，duffuse或者specular表明type，另外考虑到每种类型的纹理可能不止一个再加一个编号，获得如
texture_diffuse1的名字。这样就可以简单的使用是std::string来拼接三个字符串获得名字了。同样的，可以将这一系列变量都封装在Material类中。我们可以多定义几个保证冗余，不使用也没问题，但是这会占用uniform的位置，因为uniform位置是有限的。
struct Material
//vec3 ambient;
sampler2D texture_diffuse1;
sampler2D texture_diffuse2;
sampler2D texture_diffuse3;
sampler2D texture_specular1;
sampler2D texture_specular2;
sampler2D texture_specular3;
float shininess;
;
uniform Material material;
void Mesh::Draw(Shader shader) const
shader.use();
unsigned int diffuseNr = 1;
unsigned int specularNr = 1;
for (int i = 0; i != textures.size(); i++)
glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[i].id);
string number;
string name = textures[i].type;
if (name == "diffuse_texture")
number = std::to_string(diffuseNr++);
else if (name == "specular_texture")
number = std::to_string(specularNr++);
shader.setInt(("material."+name+number).c_str(), i);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindVertexArray(0);
- 到目前为止，我们定义了Mesh类，这个类有两个主要工作，第一个是接受Vertex类的vector和unsigned int的vector来完成VAO,VBO,EBO的定义，这一部分属于绘制前的准备工作，所以放在构造函数中完成，事实上封装到了setupMesh中，另一个是通过接受一个已经绑定了贴图的Texture类数组(包含id)，来完成对当前上下文中shader中纹理位置的激活，并实现对应sampler2D对象的位置赋值，这一部分属于绘制过程中每次都需要检查甚至有必要更改的，因此将其封装在Draw函数中，并配合VAO来实现绘制。因此，我们剩下的工作就是如何从模型文件中将三个vector容器提取出来，并实现一系列的Mesh类，有了这个之后就可以以Mesh为基本对象进行绘制了。
#ifndef MESH_H
#define MESH_H
#include <glad/glad.h>
#include<vector>
#include<string>
using std::vector;
using std::string;
#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>
#include <glm/gtc/type_ptr.hpp>
#include "shader.h"
struct Vertex
glm::vec3 Position;
glm::vec3 Normal;
glm::vec2 TexCoords;
;
struct Texture
unsigned int id;
string type;
string path;
;
class Mesh
public:
vector<Vertex> vertices;
vector<unsigned int> indices;
vector<Texture> textures;
Mesh(vector<Vertex> _vertices, vector<unsigned int> _indices, vector<Texture> _textures);
void Draw(Shader shader) const;
private:
unsigned int VAO, VBO, EBO;
void setupMesh();
;
Mesh::Mesh(vector<Vertex> _vertices, vector<unsigned int> _indices, vector<Texture> _textures)
vertices = _vertices;
indices = _indices;
textures = _textures;
setupMesh();
void Mesh::setupMesh()
glGenBuffers(1, &VBO);
glGenBuffers(1, &EBO);
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glBindVertexArray(VAO);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.size() * sizeof(Vertex), &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size()*sizeof(unsigned int), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertices.size() * sizeof(Vertex), (void*)0);
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertices.size() * sizeof(Vertex), (void*)(offsetof(Vertex,Normal)));
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, vertices.size() * sizeof(Vertex), (void*)(offsetof(Vertex, TexCoords)));
glEnableVertexAttribArray(2);
glBindVertexArray(0);
void Mesh::Draw(Shader shader) const
shader.use();
unsigned int diffuseNr = 1;
unsigned int specularNr = 1;
for (int i = 0; i != textures.size(); i++)
glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[i].id);
string number;
string name = textures[i].type;
if (name == "diffuse_texture")
number = std::to_string(diffuseNr++);
else if (name == "specular_texture")
number = std::to_string(specularNr++);
shader.setInt(("material."+name+number).c_str(), i);
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindVertexArray(0);
#endif
三、模型
- 我们加载模型的目的是为了获得一系列的mesh，因此首先在Model类中定义vector
meshes成员。
vector<Mesh> meshes;
- 有了mesh就可以对其绘制，因此直接循环绘制就可以了。当然，这种封装方式使得，整个模型的所有mesh只能使用同一个shader，我不知道这样是否合理，但是目前没有问题。
void Model::Draw(Shader shader) const
for (int i = 0; i != meshes.size(); i++)
meshes[i].Draw(shader);
- 为了获得这些mesh，我们首先需要加载出aiScene。这个可以使用assimp::Import类来实现。该类有一个成员函数ReadFile，只需要给他所有模型素材的文件夹位置就可以将其整理成aiScene对象，这是他的第一个参数，要求是C风格字符串或者string，事实上在后面的操作中可以看到，assimp在内部定义了自己的字符串类型aiString，为了使用它的字符串我们又需要使用它定义的函数C_Str()来转化成char，所以在实现我们自己的中间操作时我们会使用char而非string。他的第二个参数是一系列的对模型的后处理操作，包括：
- aiProcess_Triangulate：将所有图元转化为三角形
- aiProcess_FlipUVs：翻转纹理的y轴(我们使用stbimage时也做了翻转)
- aiProcess_GenNormals：如果没有顶点法线，那么就生成法线
- aiProcess_SplitLargeMeshes：细分网格
- aiProcess_OptimizeMeshes：拼接网格
- 因此，一次模型处理只需要表示成
assimp::Importer importer;
const aiScene* scene = importer.ReadFile(path, aiProcess_Triangulate|aiProcess_FlipUVs);
- 在完成模型读取之后，我们可以做一些检查：
- 检查scene是否是空指针，即没有获得aiScene
- 检查scene->mRootNode是否是空指针，即不存在节点，就无法获得mesh信息了
- 检查数据的完整性
if(!scene || scene->mFlags & AI_SCENE_FLAGES_IMCOMPLETE || !scene->mRootNode)
std::cout<<"ERROR::ASSIMP::"<<import.GetErrorString()<<endl;
- 之前提起，我们的Mesh类的主要目的是整理绘制所需要的信息以及绘制操作，而Model类的主要目的是获得一系列的mesh以及对他们做绘制。之前我们已经实现了绘制的成员函数，只剩下一个初始化meshes对象的部分了。因此，我们可以使用构造函数来实现这一部分的初始化。首先，我们实现模型加载的部分，由前面可知我们只需要一个文件夹路径参数就可以获得scene了，除此之外我们希望能够保存这个路径，这样方面后续获取纹理时不必重复读取路径（假设纹理的路径是相对路径），因此，将路径作为一个成员。此外，在获得scene之后，通过根节点以递归的方式来读取所有节点，并获得meshes，因此还需要定义一个processNode的递归函数。将这三个部分放在loadModel函数中，被调用于构造函数中。
Model::Model(string path)
loadModel(path);
void Model::loadModel(string path)
Assimp::Importer importer;
const aiScene* scene = importer.ReadFile(path, aiProcess_Triangulate | aiProcess_FlipUVs);
if (!scene || scene->mFlags & AI_SCENE_FLAGS_INCOMPLETE || !scene->mRootNode)
std::cout << "ERROR::ASSIMP::" << importer.GetErrorString() << std::endl;
return;
directory = path.substr(0, path.find_last_of(\'/\'));
processNode(scene->mRootNode, scene);
- processNode函数的实现也很简单，首先遍历node中的所有mesh，对他进行处理（processMesh）并push到meshes中，然后递归他的所有子节点就可以了。
本文来自博客园，作者：ETHERovo，转载请注明原文链接：https://www.cnblogs.com/etherovo/p/17394243.html
模型保存和模型加载
以上是关于03 加载模型的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章