基于VC和OpenGL的OBJ人脸模型的读取与交互操作

1、基于vc卄和opengl的obj人脸模型的读取与交互操作基于0pengl和obj模型文件格式的研究，本文实现了在 opengl中obj人脸模型的读取与显示及相关交互操作。重点 介绍了 obj文件的文件格式及如何利用opengl来构建模型、 绘制模型，同时，利用opengl的强大功能来实现三维显示 和交互操作，并应用于人体三维建模、地形建模以及虚拟现 实等领域。【关键词】三维模型opengl obj文件1概述opengl由sgi公司的iris gl发展而来。最初iris gl 是个2d函数库，逐渐发展到高级3d编程apr对iris gl 移植性进行了改进便产生了 opengl,由于opengl开

2、放的缘 故，得到各大硬件厂商支持，发展很好o opengl有两个含义, 其一：是一个3d图形编程api,其二：是一个彳亍业标准，使 得硬件厂商在opengl标准的约束下能够得到很好的支持和 发展。opengl即开放图形库，是一个开放的三维图形软件接 口，以opengl为基础的应用程序可能方便地在各个平台间 移植；同时，opengl可以和visual c+语言协同工作，对 于实现图形算法带来了便捷；并且，opengl效率高、便于使用，因此opengl得到了广泛的应用。2 oej文件简介obj文件是alias公司开发的一种三维动画软件的数据 输出类型，其定义了对象的几何特性。鉴于其文件结构的简 单

3、，因此，应用于应用程序过程中的读取等操作。0bj3.0e5格式不仅仅支持多边形、直线、表面，也可以定义自由形态曲线。多边形模型是用点、线、面等基本元 素来构造，而自由曲面模型则是使用参数曲面来定义的。下 面是某个obj模型内容的一小部分：v -0. 770000 -0.320000 17.639999 v 2.040000 0. 140000 16.400000v 0.990000 2.200000 17.139999 vn -0.011452 -0. 343559 0. 939061vn 0.818583 -0. 103764 0. 564938vn 0.426133 0.472201 0.

4、771646从上面展示的数据可知，obj文件内容是由一些文本行 组成的，每一行文本第一个字都是文件关键字，如"v”、“vn”等等，而后面的数据则是该关键字所表示含义的具体 参数。如“v”开头则表示该行描述的是一个顶点向量，即 表示该顶点的三维坐标信息。表1列举了主要的关键字及其 具体含义。在obj文件中，不包含面的颜色定义信息，但是可以引 用材质库，其信息是存储在一个后缀是“.nitl”的文件中。 关键字“mtllib”即表示材质库。材质库中主要包含材质的漫反射，环境，光泽的rgb的 定义值，以及反射，折射，透明度等其他特征。3 obj文件的读取与交互操作3. 1 obj文件的读取经

5、过对obj文件格式的结构熟悉之后，要读取模型，首 先需要建立对应的模型数据结构体，如对象顶点的结构体、 颜色列表结构体、材质描述结构体、投射投影矩阵等。代码 如下：typedef struct taglocalsetupgldouble ffovy；gldouble fznear；gldouble fzfar；double fvview0rg3；double fvviewtarg3；double fvviewver3；glfloat fvmatambient4；glfloat fvmatspecular4；glfloat fmatshininess；glfloat fvmatbasecolor

6、4； localsetup；obj文件中存储点向量、法向量、面和纹理的信息及相 应的个数定义如下：double (*m_pntobj) 3；double (*m_nor) 3；int (*m_triobj) 3；float (*m_texcrd) 2；int (*m_textri)；int m_0bjvertexnum；int m_trinum；int m_texcrdnum；对于obj文件的读取，定义了 loadobjmodel函数：bool loadobjmodel (cstring filename)；通过加载loadobjmodel函数，获取顶点、面、法线和 纹理相关信息。3.2 ob

7、j模型的显示导入obj模型之后，即可利用opengl强大的图形输出 功能来将obj模型显示出来。通过3. 1可知，函数 loadobjmodel可以获取模型的相关信息，然后构造函数 drawobjmodel来显示模型。具体代码如下所示：(本代码没 有加入纹理信息)glbegin (gl_triangles)；for (int i 二 0； i m_trinum；i+) int a, b, c；a 二 m_tri0bji 0；b = m_tri0bj i 1；c = m_tri0bji 2；glnormal3dv ( m_nora ) ；glvertex3dv(m_pnt0b j a ) ；gl

8、normal3dv ( in_norb)；glvertex3dv (m_pnt0bjb)；glnormal3dv ( m_nor c) ； glvertex3dv(m_pnt0bjc)；glend ()；obj模型显示如下图1 (a)所示。3.3 obj模型的交互操作3. 3. 1模型的缩放、平移和旋转常规下，opengl 使用 glscale > gltrans -late 和 glrotate函数实现对模型的缩放、平移和缩放功能。可是， 本文算法是通过改变glulookat函数的参数来改变模型矩 阵，即改变相机的位置，从而使模型作出相应的变化。 glulookat函数原型如下所示：g

9、lulookat (gldouble eyex, gldouble eyey, gldouble eyez,gldouble centerx , gldouble centery , gldoublecenterz,gldouble upx, gldouble upy, gldouble upz);其中，eyex、eyey、eyez指定视点的位置；centerx. centery、centerz扌旨定参考点的位置upx、upy、upz指定视点向上的方向。obj模型的平移、缩放和旋转如 图1所示。3. 3.2 obj模型的选择在opengl的选择中，涉及到几个核心概念： selection mo

10、del选择模式，opengl有三种模式， gl_render ,普通的绘图模式；gl_select ,选择模式； gl_feedback,反馈模式。 name stack名字栈，用来分配并保存物体的数据id 的堆栈。 hit record命中记录，即物体的数据。 viewing volume 视角范,即用来选择的画框。具体实现步骤：(1) 设置选择缓冲区。选择时，在特定的视景体中绘制每个对象都会产生一个命中消息，命中消息将存放在一个 名字堆栈中，这个名字堆栈就是选择缓冲区。函数: void glselectbuffer (glsizei n, glunint *buff)； 指定了一个具有n个

11、元素的整形数组buffer作为选择 缓冲区。(2) 进入选择模式。在定义了选择缓冲区后，需要激 活选择模式。选择模式的指定采用函数：glint glrendermode (glenum mode)；其中，参数mode值可以为gl_render (默认值)、 gl_select或gl_feedback,分别指定应用程序处于渲染模 式、选择模式和反馈模式。应用程序一直处于当前模式下， 直到调用本函数改变为其他模式为止。(3) 名字堆栈操作。在选择模式下，需要对名字堆栈 进行一系列操作，包括初始化、压栈、弹栈以及栈顶元素操 作等。void gllnitnames ()； /初始化名字堆栈,其初始状

12、态为空。void glpushname (gluint name)； /将一个名字压入 堆栈，其中name是标识图元的一个无符号整数值。void glload name (gluint name)； /将名字堆栈的栈 顶元素替换为nameovoid glpopname ( )； /将栈顶元素弹出。(4) 设置合适的变换过程。选择操作可以通过矩形选 择窗口来实现，我们可以用下面的函数调用：glupickmatrix ( xpick , ypick , widthpick ,heightpick, *vp）；其中参数xpick和ypick指定相对于显示区域左下角的 选择窗口中心的双精度浮点屏幕坐标

13、值。当使用鼠标进行选 择操作时，xpick和ypick由鼠标位置确定，但要注意y坐 标的反转。参数widthpick和heightpick指定选择窗口的 双精度浮点宽高值。参数vp指定了一个包含当前显示区域 的坐标位置和尺寸等参数的整型数组，该参数可以通过函数 glgetlntegerv来获得。这个函数可以设置一个用于选择操 作的观察空间。（5）为每个图元分配名字并绘制。为了标识图元，在 图元绘制过程中需要用一个整型值指定图元的名称，并在选 择模式下，将这个名字压入到名字堆栈中。为了节省名字堆 栈的空间，应该在图元绘制完成后，将其名字从堆栈中弹出。（6）切换回渲染模式。在选择模式下，所有的图元

14、绘 制完成后，应该再次调用函数glrendermode选择渲染模式, 在帧缓冲存储器中绘制图元，并返回被选中图元的个数。int hitcnt = glrendermode （gl_render）；（7）分析选择缓冲区中的数据。选择操作完成之后， 可以根据选择缓冲区中的内容进行分析，以确定选择的图o执行选择操作之后，窗口不会显示出来，因此，本文增 加了模型最小包裹的盒子来显示系统的选择操作，如图2所 不o4结束语本文提出了在opengl中实现obj文件的读取、显示和 交互操作功能的方法，实验证明，该方法的速度和复杂度都 有一定的优越性。实时读取obj文件，并能对其实现简单的 移动、旋转和缩放功能，同时还实现了模型选择功能，其中 通过显示最小包裹模型的盒子来显示选择功能。这不仅解决 了 3d人体建模的问题，也方便了建模后的数据处理，具有 很好的实用价值。参考文献白建军，朱亚平，梁辉等.opengl三维图形设计与制 作m.北京：人民邮电出版社，1999： 125.尚游，陈研涛.opengl图形程序设计指南m北京： 中国水利水