C++解析obj模型文件方法介绍

第C++解析obj模型文件方法介绍目录一、前言二、中间文件三、使用四、完整代码

一、前言

tinyobjloader地址：

传送门

而tinyobjloader库只有一个头文件，可以很方便的读取obj文件。支持材质，不过不支持骨骼动画，vulkan官方教程便是使用的它。不过没有骨骼动画还是有很大的局限性，这里只是分享一下怎么读取材质和拆分网格。

二、中间文件

我抽象了一个ModelObject类表示模型数据，而一个ModelObject包含多个Sub模型，每个Sub模型使用同一材质（有的人称为图元Primitive或DrawCall）。最后我将其保存为文件，这样我的引擎便可直接解析ModelObject文件，而不是再去读obj、fbx等其他文件了。

这一节可以跳过，下一节是真正使用tinyobjloader库。

//一个文件会有多个ModelObject，一个ModelObject根据材质分为多个ModelSub

//注意ModelSub为一个材质，需要读取时合并网格

classModelObject

friendclassVK;

public:

//从源文件加载模型

staticvectorModelObject*Create(string_viewpath_name);

voidLoad(string_viewpath_name);

//保存到文件

voidSaveToFile(string_viewpath_name);

private:

vectorModelObjectSub_allSub;//下标减1为材质，0为没有材质

vectorVertex_allVertex;//顶点缓存

vectoruint32_t_allIndex;//索引缓存

vectorModelObjectMaterial_allMaterial;//所有材质

//------------------不同格式加载实现--------------------------------

//obj

staticvectorModelObject*_load_obj(string_viewpath_name);

staticvectorModelObject*_load_obj_2(string_viewpath_name);

};

ModelObjectSub只是表示在索引缓存的一段范围：

//模型三角形范围

structModelTriangleRange

ModelTriangleRange():

_countTriangle{0},

_offsetIndex{0}

size_t_countTriangle;

size_t_offsetIndex;

//子模型对象范围

structModelObjectSub

ModelTriangleRange_range;

};

而ModelObjectMaterial表示模型材质：

//!材质

structMaterial

glm::vec4_diffuseAlbedo;//漫反射率

glm::vec3_fresnelR0;//菲涅耳系数

float_roughness;//粗糙度

//模型对象材质

structModelObjectMaterial

//最后转为Model时，变为可以用的着色器资源

Material_material;

string_materialName;

//路径为空，则表示没有（VK加载时会返回0）

string_pathTexDiffuse;

string_pathTexNormal;

};

三、使用

首先引入头文件：

#defineTINYOBJLOADER_IMPLEMENTATION

#includetiny_obj_loader.h

接口原型，将obj文件变为多个ModelObject：

vectorModelObject*ModelObject::_load_obj_2(string_viewpath_name);

取得文件名，和文件所在路径（会自动加载路径下的同名mtl文件，里面包含了材质）：

stringstr_path=string{path_name};

stringstr_base=String::EraseFilename(path_name);

constchar*filename=str_path.c_str();

constchar*basepath=str_base.c_str();

基本数据：

debug(format("开始加载obj文件：{}，{}",filename,basepath));

booltriangulate=true;//三角化

tinyobj::attrib_tattrib;//所有的数据放在这里

std::vectortinyobj::shape_tshapes;//子模型

std::vectortinyobj::material_tmaterials;//材质

std::stringwarn;

std::stringerr;

加载并打印一些信息：

boolb_read=tinyobj::LoadObj(attrib,shapes,materials,warn,err,filename,

basepath,triangulate);

//打印错误

if(!warn.empty())

debug_warn(warn);

if(!err.empty())

debug_err(err);

if(!b_read)

debug_err(format("读取obj文件失败：{}",path_name));

return{};

debug(format("顶点数：{}",attrib.vertices.size()/3));

debug(format("法线数：{}",attrib.normals.size()/3));

debug(format("UV数：{}",attrib.texcoords.size()/2));

debug(format("子模型数：{}",shapes.size()));

debug(format("材质数：{}",materials.size()));

这将打印以下数据：

由于obj文件只产生一个ModelObject，我们如下添加一个，并返回顶点、索引、材质等引用，用于后面填充：

//obj只有一个ModelObject

vectorModelObject*ret;

ModelObject*model_object=newModelObject;

std::vectorVertexmo_vertices=model_object-_allVertex;

std::vectoruint32_tmo_indices=model_object-_allIndex;

vectorModelObjectMaterialmo_material=model_object-_allMaterial;

ret.push_back(model_object);

首先记录材质信息：

//------------------获取材质-------------------

mo_material.resize(materials.size());

for(size_ti=0;imaterials.size();++i)

tinyobj::material_tm=materials[i];

debug(format("材质：{}，{}",i,));

ModelObjectMaterialmaterial=model_object-_allMaterial[i];

material._materialName=;

material._material._diffuseAlbedo={m.diffuse[0],m.diffuse[1],m.diffuse[2],1.0f};

material._material._fresnelR0={m.specular[0],m.specular[1],m.specular[2]};

material._material._roughness=ShininessToRoughness(m.shininess);

if(!m.diffuse_texname.empty())

material._pathTexDiffuse=str_base+m.diffuse_texname;

if(!m.normal_texname.empty())

material._pathTexNormal=str_base+m.normal_texname;

}

这将产生以下输出：

然后遍历shape，按材质记录顶点。这里需要注意的是，一个obj文件有多个shape，每个shape由n个三角面组成。而每个三角形拥有独立的材质编号，所以这里按材质分别记录，而不是一般的合并为整体：

//------------------获取模型-------------------

//按材质放入面的顶点

vectorvectortinyobj::index_tall_sub;

all_sub.resize(1+materials.size());//0为默认

for(size_ti=0;ishapes.size();i++)

{//每一个子shape

tinyobj::shape_tshape=shapes[i];

size_tnum_index=shape.mesh.indices.size();

size_tnum_face=shape.mesh.num_face_vertices.size();

debug(format("读取子模型：{}，{}",i,));

debug(format("索引数：{}；面数：{}",num_index,num_face));

//当前mesh下标（每个面递增3）

size_tindex_offset=0;

//每一个面

for(size_tj=0;jnum_face;++j)

intindex_mat=shape.mesh.material_ids[j];//每个面的材质

vectortinyobj::index_tsub_idx=all_sub[1+index_mat];

sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);

sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);

sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);

}

按材质记录顶点的索引（tinyobj::index_t）后，接下来就是读取顶点的实际数据，并防止重复读取：

//生成子模型，并填入顶点

std::unordered_maptinyobj::index_t,size_t,hash_idx,equal_idx

uniqueVertices;//避免重复插入顶点

size_ti=0;

for(vectortinyobj::index_tsub_idx:all_sub)

ModelObjectSubsub;

sub._range._offsetIndex=i;

sub._range._countTriangle=sub_idx.size()/3;

model_object-_allSub.push_back(sub);

for(tinyobj::index_tidx:sub_idx)

autoiter=uniqueVertices.find(idx);

if(iter==uniqueVertices.end())

Vertexv;

v._pos[0]=attrib.vertices[idx.vertex_index*3+0];

v._pos[1]=attrib.vertices[idx.vertex_index*3+1];

v._pos[2]=attrib.vertices[idx.vertex_index*3+2];

//vt

v._texCoord[0]=attrib.texcoords[idx.texcoord_index*2+0];

v._texCoord[1]=attrib.texcoords[idx.texcoord_index*2+1];

v._texCoord[1]=1.0f-v._texCoord[1];

uniqueVertices[idx]=mo_vertices.size();

mo_indices.push_back((uint32_t)mo_vertices.size());

mo_vertices.push_back(v);

else

mo_indices.push_back((uint32_t)iter-second);

++i;

debug(format("解析obj模型完成：v{}，i{}",mo_vertices.size(),mo_indices.size()));

returnret;

上面用到的哈希函数：

structequal_idx

booloperator()(consttinyobj::index_ta,consttinyobj::index_tb)const

returna.vertex_index==b.vertex_index

a.texcoord_index==b.texcoord_index

a.normal_index==b.normal_index;

structhash_idx

size_toperator()(consttinyobj::index_ta)const

return((a.vertex_index

^a.texcoord_index1)1)

^(a.normal_index1);

};

最后打印出来的数据如下：

对于材质的处理，漫反射贴图即是基本贴图，而法线（凹凸）贴图、漫反射率、菲涅耳系数、光滑度等需要渲染管线支持并与光照计算产生效果。

四、完整代码

可以此处获取最新的源码（我会改用Assimp，并添加骨骼动画、Blinn-Phong光照模型），也可以用后面的：传送门

如果有用，欢迎点赞、收藏、关注，我将更新更多C++相关的文章。

#defineTINYOBJLOADER_IMPLEMENTATION

#includetiny_obj_loader.h

structequal_idx

booloperator()(consttinyobj::index_ta,consttinyobj::index_tb)const

returna.vertex_index==b.vertex_index

a.texcoord_index==b.texcoord_index

a.normal_index==b.normal_index;

structhash_idx

size_toperator()(consttinyobj::index_ta)const

return((a.vertex_index

^a.texcoord_index1)1)

^(a.normal_index1);

floatShininessToRoughness(floatYpoint)

floata=-1;

floatb=2;

floatc;

c=(Ypoint/100)-1;

floatD;

D=b*b-(4*a*c);

floatx1;

x1=(-b+sqrt(D))/(2*a);

returnx1;

vectorModelObject*ModelObject::_load_obj_2(string_viewpath_name)

stringstr_path=string{path_name};

stringstr_base=String::EraseFilename(path_name);

constchar*filename=str_path.c_str();

constchar*basepath=str_base.c_str();

booltriangulate=true;

debug(format("开始加载obj文件：{}，{}",filename,basepath));

tinyobj::attrib_tattrib;//所有的数据放在这里

std::vectortinyobj::shape_tshapes;//子模型

std::vectortinyobj::material_tmaterials;

std::stringwarn;

std::stringerr;

boolb_read=tinyobj::LoadObj(attrib,shapes,materials,warn,err,filename,

basepath,triangulate);

//打印错误

if(!warn.empty())

debug_warn(warn);

if(!err.empty())

debug_err(err);

if(!b_read)

debug_err(format("读取obj文件失败：{}",path_name));

return{};

debug(format("顶点数：{}",attrib.vertices.size()/3));

debug(format("法线数：{}",attrib.normals.size()/3));

debug(format("UV数：{}",attrib.texcoords.size()/2));

debug(format("子模型数：{}",shapes.size()));

debug(format("材质数：{}",materials.size()));

//obj只有一个ModelObject

vectorModelObject*ret;

ModelObject*model_object=newModelObject;

std::vectorVertexmo_vertices=model_object-_allVertex;

std::vectoruint32_tmo_indices=model_object-_allIndex;

vectorModelObjectMaterialmo_material=model_object-_allMaterial;

ret.push_back(model_object);

//------------------获取材质-------------------

mo_material.resize(materials.size());

for(size_ti=0;imaterials.size();++i)

tinyobj::material_tm=materials[i];

debug(format("材质：{}，{}",i,));

ModelObjectMaterialmaterial=model_object-_allMaterial[i];

material._materialName=;

material._material._diffuseAlbedo={m.diffuse[0],m.diffuse[1],m.diffuse[2],1.0f};

material._material._fresnelR0={m.specular[0],m.specular[1],m.specular[2]};

material._material._roughness=ShininessToRoughness(m.shininess);

if(!m.diffuse_texname.empty())

material._pathTexDiffuse=str_base+m.diffuse_texname;

if(!m.normal_texname.empty())//注意这里凹凸贴图（bump_texname）更常见

material._pathTexNormal=str_base+m.normal_texname;

//------------------获取模型-------------------

//按材质放入面的顶点

vectorvectortinyobj::index_tall_sub;

all_sub.resize(1+materials.size());//0为默认

for(size_ti=0;ishapes.size();i++)

{//每一个子shape

tinyobj::shape_tshape=shapes[i];

size_tnum_index=shape.mesh.indices.size();

size_tnum_face=shape.mesh.num_face_vertices.size();

debug(format("读取子模型：{}，{}",i,));

debug(format("索引数：{}；面数：{}",num_index,num_face));

//当前mesh下标（每个面递增3）

size_tindex_offset=0;

//每一个面

for(size_tj=0;jnum_face;++j)

intindex_mat=shape.mesh.material_ids[j];//每个面的材质

vectortinyobj::index_tsub_idx=all_sub[1+index_mat];

sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);

sub_idx.push_back(shape.mesh.indices[index_offset++]);

sub_idx.push_back(shape.