我們無(wú)法像定義容器盒一樣手動(dòng)地去指定房子、貨車或人形角色這些復(fù)雜模型的頂點(diǎn)、法線和紋理坐標(biāo)。我們需要做的也是應(yīng)該要做的，是把這些模型導(dǎo)入到應(yīng)用程序中，而設(shè)計(jì)制作這些3D模型的工作應(yīng)該交給像Blender、3DS Max或者Maya這樣的工具軟件。
那些3D建模工具，可以讓美工們構(gòu)建一些復(fù)雜的形狀，并將貼圖應(yīng)用到形狀上去，即紋理映射。然后，在導(dǎo)出模型文件時(shí)，建模工具會(huì)自己生成所有的頂點(diǎn)坐標(biāo)、頂點(diǎn)法線和紋理坐標(biāo)。這樣，美工們可以不用了解大量的圖像技術(shù)細(xì)節(jié)，就能有大量的工具集去隨心地構(gòu)建高品質(zhì)的模型。所有的技術(shù)細(xì)節(jié)內(nèi)容都隱藏在里導(dǎo)出的模型文件里。而我們，這些圖形開發(fā)者，就必須得去關(guān)注這些技術(shù)細(xì)節(jié)了。
因此，我們的工作就是去解析這些導(dǎo)出的模型文件，并將其中的模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為OpenGL能夠使用的數(shù)據(jù)。
一個(gè)常見的問題是，導(dǎo)出的模型文件通常有幾十種格式，不同的工具會(huì)根據(jù)不同的文件協(xié)議把模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出到不同格式的模型文件中。有的模型文件格式只包含模型的靜態(tài)形狀數(shù)據(jù)和顏色、漫反射貼圖、高光貼圖這些基本的材質(zhì)信息，比如Wavefront的.obj文件。而有的模型文件則采用XML來(lái)記錄數(shù)據(jù)，且包含了豐富的模型、光照、各種材質(zhì)、動(dòng)畫、攝像機(jī)信息和完整的場(chǎng)景信息等，比如Collada文件格式。Wavefront的obj格式是為了考慮到通用性而設(shè)計(jì)的一種便于解析的模型格式。建議去Wavefront的Wiki上看看obj文件格式是如何封裝的。這會(huì)給你形成一個(gè)對(duì)模型文件格式的一個(gè)基本概念和印象。
模型加載庫(kù)
現(xiàn)在市面上有一個(gè)很流行的模型加載庫(kù)，叫做Assimp，全稱為Open Asset Import Library。Assimp可以導(dǎo)入幾十種不同格式的模型文件（同樣也可以導(dǎo)出部分模型格式）。只要Assimp加載完了模型文件，我們就可以從Assimp上獲取所有我們需要的模型數(shù)據(jù)。Assimp把不同的模型文件都轉(zhuǎn)換為一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所有無(wú)論我們導(dǎo)入何種格式的模型文件，都可以用同一個(gè)方式去訪問我們需要的模型數(shù)據(jù)。
當(dāng)導(dǎo)入一個(gè)模型文件時(shí)，即Assimp加載一整個(gè)包含所有模型和場(chǎng)景數(shù)據(jù)的模型文件到一個(gè)scene對(duì)象時(shí)，Assimp會(huì)為這個(gè)模型文件中的所有場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)、模型節(jié)點(diǎn)都生成一個(gè)具有對(duì)應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且將這些場(chǎng)景中的各種元素與模型數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)起來(lái)。下圖展示了一個(gè)簡(jiǎn)化的Assimp生成的模型文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
- 所有的模型、場(chǎng)景數(shù)據(jù)都包含在Scene對(duì)象中，如所有的材質(zhì)和Mesh。同樣，場(chǎng)景的根節(jié)點(diǎn)引用也包含在這個(gè)scene對(duì)象中。
- 場(chǎng)景的根節(jié)點(diǎn)(Root node)可能也會(huì)包含很多子節(jié)點(diǎn)和一個(gè)指向保存模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)mMeshes[]的索引集合。根節(jié)點(diǎn)上的mMeshes[]里保存了實(shí)際了Mesh對(duì)象，而每個(gè)子節(jié)點(diǎn)上的mMesshes[]都只是指向根節(jié)點(diǎn)中的mMeshes[]的一個(gè)引用(譯者注：C/C++稱為指針，Java/C#稱為引用)。
- 一個(gè)Mesh對(duì)象本身包含渲染所需的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，比如頂點(diǎn)位置、法線向量、紋理坐標(biāo)、面片及物體的材質(zhì)。
- 一個(gè)Mesh會(huì)包含多個(gè)面片。一個(gè)Face（面片）表示渲染中的一個(gè)最基本的形狀單位，即圖元（基本圖元有點(diǎn)、線、三角面片、矩形面片）。一個(gè)面片記錄了一個(gè)圖元的頂點(diǎn)索引，通過(guò)這個(gè)索引，可以在mMeshes[]中尋找到對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)位置數(shù)據(jù)。頂點(diǎn)數(shù)據(jù)和索引分開存放，可以便于我們使用緩存（VBO、NBO、TBO、IBO）來(lái)高速渲染物體。（詳見Hello Triangle）。
- 一個(gè)Mesh還會(huì)包含一個(gè)Material（材質(zhì)）對(duì)象用于指定物體的一些材質(zhì)屬性。如顏色、紋理貼圖（漫反射貼圖、高光貼圖等）。
所以我們要做的第一件事，就是加載一個(gè)模型文件為Scene對(duì)象，然后獲取每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Mesh對(duì)象（我們需要遞歸搜索每個(gè)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取所有的節(jié)點(diǎn)），并處理每個(gè)Mesh對(duì)象對(duì)應(yīng)的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)、索引以及它的材質(zhì)屬性。最終我們得到一個(gè)只包含我們需要的數(shù)據(jù)的Mesh集合。（在03.模型中體現(xiàn)）(The result is then a collection of mesh data that we want to contain in a single Model object.)
Mesh(網(wǎng)格,或被譯為“模型點(diǎn)云”)
用建模工具構(gòu)建物體時(shí)，美工通常不會(huì)直接使用單個(gè)形狀來(lái)構(gòu)建一個(gè)完整的模型。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)模型會(huì)由幾個(gè)子模型/形狀組合拼接而成。而模型中的那些子模型/形狀就是我們所說(shuō)的一個(gè)Mesh。例如一個(gè)人形模型，美工通常會(huì)把頭、四肢、衣服、武器這些組件都分別構(gòu)建出來(lái)，然后在把所有的組件拼合在一起，形成最終的完整模型。一個(gè)Mesh（包含頂點(diǎn)、索引和材質(zhì)屬性）是我們?cè)贠penGL中繪制物體的最小單位。一個(gè)模型通常有多個(gè)Mesh組成。
下一節(jié)教程中，我們將用上述描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)創(chuàng)建我們自己的Model類和Mesh類，用于加載和保存那些導(dǎo)入的模型。如果我們想要繪制一個(gè)模型，我們不會(huì)去渲染整個(gè)模型，而是去渲染這個(gè)模型所包含的所有獨(dú)立的Mesh。
在開始導(dǎo)入模型之前，我們需要先把Assimp包含到我們的工程中。
構(gòu)建Assimp
你可以在Assimp的下載頁(yè)面選擇一個(gè)想要的版本去下載Assimp庫(kù)。到目前為止，Assimp可用的最新版本是3.1.1。我們建議你自己編譯Assimp庫(kù)，因?yàn)锳ssimp官方的已編譯庫(kù)不能很好地覆蓋在所有平臺(tái)上運(yùn)行。如果你忘記怎樣使用CMake編譯一個(gè)庫(kù)，請(qǐng)?jiān)斠?a target="_blank" rel="nofollow">Creating a window(創(chuàng)建一個(gè)窗口)教程。
這里我們列出一些編譯Assimp時(shí)可能遇到的問題，以便大家參考和排除:
- CMake在讀取配置列表時(shí)，報(bào)出與DirectX庫(kù)丟失相關(guān)的一些錯(cuò)誤。報(bào)錯(cuò)如下：
Could not locate DirectXCMake Error at cmake-modules/FindPkgMacros.cmake:110 (message):Required library DirectX not found! Install the library (including dev packages) and try again. If the library is already installed, set the missing variables manually in cmake.
這個(gè)問題的解決方案：如果你之前沒有安裝過(guò)DirectX SDK，那么請(qǐng)安裝。下載地址：DirectX SDK - 安裝DirectX SDK時(shí)，可以遇到一個(gè)錯(cuò)誤碼為S1023的錯(cuò)誤。遇到這個(gè)問題，請(qǐng)?jiān)诎惭bDirectX SDK前，先安裝C++ Redistributable package(s)。 問題解釋：：已知問題：DirectX SDK (June 2010) 安裝及S1023錯(cuò)誤
- 一旦配置完成，你就可以生成解決方案文件了，打開解決方案文件并編譯Assimp庫(kù)（編譯為Debug版本還是Release版本，根據(jù)你的需要和心情來(lái)定吧）
- 使用默認(rèn)配置構(gòu)建的Assimp是一個(gè)動(dòng)態(tài)庫(kù)，所以我們需要把編譯出來(lái)的assimp.dll文件拷貝到我們自己程序的可執(zhí)行文件的同一目錄里(I:\vs\OpenGL\Debug)
- 編譯出來(lái)的Assimp的LIB文件和DLL文件可以在code/Debug或者code/Release里找到
- 把編譯好的LIB文件和DLL文件拷貝到工程的相應(yīng)目錄下，并鏈接到你的解決方案中。同時(shí)還好記得把Assimp的頭文件也拷貝到工程里去（Assimp的頭文件可以在include目錄里找到）
如果你想要讓Assimp使用多線程支持來(lái)提高性能，你可以使用Boost庫(kù)來(lái)編譯 Assimp。在Boost安裝頁(yè)面，你能找到關(guān)于Boost的完整安裝介紹。
現(xiàn)在，你應(yīng)該已經(jīng)能夠編譯Assimp庫(kù)，并鏈接Assimp到你的工程里去了。下一節(jié)內(nèi)容：導(dǎo)入完美的3D物件！
拓展閱讀：
