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OpenGLES 3D 模型

OpenGLES 3D 模型本質上是由一系列三角形在 3D 空間（OpenGL 座標系）中構建而成，另外還包含了用於描述三角形表面的紋理、光照、材質等信息。

構建一些規則的 3D 物體，如立方體、球體、椎體等，我們自己可以手動輕易實現，但是在實際開發中往往會用到複雜的 3D 物體，如人體、汽車等，這就需要設計師和專業的建模工具軟件（像 3DS Max、Maya ）來生成。

利用 3D 建模軟件，設計師可以構建一些複雜的形狀，並將貼圖應用到形狀上去，不需要去關注圖像技術細節。最後在導出模型文件時，建模工具會自己生成所有的頂點座標、頂點法線和紋理座標。

常用的模型文件格式有 .obj、.max、.fbx .3ds 等，其中 .obj 是 Wavefront 科技開發的一種幾何體圖形文件格式，包含每個頂點的位置、紋理座標、法線，以及組成面（多邊形）的頂點列表等數據，應用較爲廣泛。

OBJ 文件的結構

本文主要介紹 obj 3D 模型文件及其附屬文件 mtl ，下面是 obj 模型文件的數據結構（爲了方便展示部分數據被略過）。

# 3ds Max Wavefront OBJ Exporter v0.97b - (c)2019 guruware
# File Created: 25.01.2019 02:22:51

mtllib earth.mtl

v  -4.4189 340.8998 -4.2436
v  -4.4189 339.2582 -37.6576
v  -7.6941 339.2582 -37.4967
v  -10.9377 339.2582 -37.0156
v  -14.1185 339.2582 -36.2188
v  -17.2059 339.2582 -35.1141
...
# 1986 vertices

vn -0.0000 1.0000 0.0000
vn 0.0000 0.9950 -0.0995
vn -0.0098 0.9950 -0.0991
vn -0.0194 0.9950 -0.0976
vn -0.0289 0.9950 -0.0952
vn -0.0381 0.9950 -0.0920
vn -0.0469 0.9950 -0.0878
...
# 1986 vertex normals

vt 0.0000 1.0000 0.0000
vt 0.0000 0.9688 0.0000
vt 0.0156 0.9688 0.0000
vt 0.0156 1.0000 0.0000
vt 0.0313 0.9688 0.0000
vt 0.0313 1.0000 0.0000
...
# 2143 texture coords

usemtl 01___Default 
s 1
f 1/1/1 2/2/2 3/3/3 
f 1/4/1 3/3/3 4/5/4 
f 1/6/1 4/5/4 5/7/5 
f 1/8/1 5/7/5 6/9/6 
f 1/10/1 6/9/6 7/11/7 
...

OBJ 文件數據結構的簡單說明：

# 開頭的行表示註釋行；
mtllib 表示指定該 OBJ 文件所使用的 mtl 文件（材質文件）；
v 開頭的行表示存放的是頂點座標，後面三個數分別表示一個頂點的（x，y，z）座標值；
vn 開頭的行表示存放的是頂點法向量，後面三個數分別表示一個頂點法向量的三維（x，y，z）分量值；
vt 開頭的行表示存放的是紋理座標，後面三個數分別表示一個紋理座標的（s，t，p）分量值，其中 p 分量一般用於 3D 紋理；
usemtl 01___Default 表示使用指定 mtl 文件中名爲 01___Default的材質；
s 1 表示開啓平滑渲染；
f 開頭的行表示存放的是一個三角面的信息，後面有三組數據分別表示組成三角面的三個頂點的信息，每個頂點信息的格式爲：頂點位置索引/紋理座標索引/法向量索引。

mtl 文件的結構：

# 3ds Max Wavefront OBJ Exporter v0.97b - (c)2019 guruware
# File Created: 25.01.2019 02:22:51

newmtl 01___Default
	Ns 10.0000
	Ni 1.5000
	d 1.0000
	Tr 0.0000
	Tf 1.0000 1.0000 1.0000 
	illum 2
	Ka 0.0000 0.0000 0.0000
	Kd 0.0000 0.0000 0.0000
	Ks 0.0000 0.0000 0.0000
	Ke 0.0000 0.0000 0.0000
	map_Ka 4096_earth.jpg
	map_Kd 4096_earth.jpg
	map_Ke 4096_night_lights.jpg
	map_bump 4096_bump.jpg
	bump 4096_bump.jpg

newmtl 02___Default
	Ns 10.0000
	Ni 1.5000
	d 1.0000
	Tr 0.0000
	Tf 1.0000 1.0000 1.0000 
	illum 2
	Ka 0.5882 0.5882 0.5882
	Kd 0.5882 0.5882 0.5882
	Ks 0.0000 0.0000 0.0000
	Ke 0.0000 0.0000 0.0000
	map_Ka 4096_clouds.jpg
	map_Kd 4096_clouds.jpg
	map_d 4096_clouds.jpg

mtl 文件結構說明：

newmtl 01___Default表示定義一個名爲 01___Default 的材質；
Ns 表示材質的反射指數，反射指數越高則高光越密集，取值範圍在一般爲 [0,1000];
Ni 表示材質的折射值（折射率），一般取值範圍是 [0.001,10] ，取值爲 1.0，表示光在通過物體的時候不發生彎曲，玻璃的折射率爲 1.5 ；
d 表示材質的漸隱指數（通透指數），取值爲 1.0 表示完全不透明，取值爲 0.0 時表示完全透明；
Tr 表示材質的透明度（與 d 的取值相反），默認值爲0.0（完全不透明）；
Tf 表示材質的濾光折射率，三維向量表示；
illum 表示材質的光照模型；
Ka 表示材質的環境光（Ambient Color）(r，g，b)；
Kd 表示材質的散射光（Diffuse Color）(r，g，b)；
Ks 表示材質的鏡面光（Apecular Color）(r，g，b)；
Ke 表示材質的發射光，它與環境光，散射光和鏡面光並存，代表材質發出的光量；
map_Ka 表示爲材質的環境反射指定紋理文件（紋理採樣值與環境光相乘作爲輸出顏色的一部分加權）；
map_Kd 表示爲材質的漫反射指定紋理文件；
map_Ke 表示爲材質的發射光指定紋理文件；
map_d 表示爲材質的透明度指定紋理文件；
bump 表示指定材質的凹凸紋理文件，凹凸紋理修改表面法線，用於凹凸紋理的圖像表示相對於平均表面的表面拓撲或高度（沒用過）。

模型加載庫 Assimp

Assimp 全稱爲 Open Asset Import Library，可以支持幾十種不同格式的模型文件的解析（同樣也可以導出部分模型格式），Assimp 本身是 C++ 庫，可以跨平臺使用。

Assimp 可以將幾十種模型文件都轉換爲一個統一的數據結構，所有無論我們導入何種格式的模型文件，都可以用同一個方式去訪問我們需要的模型數據。

當導入一個模型文件時，Assimp 將加載該模型文件所包含的所有模型和場景數據到一個 scene 對象，爲這個模型文件中的所有場景節點、模型節點都生成一個具有對應關係的數據結構，如下圖所示：

一個模型往往是由很多小模型組成，這些小模型在 Assimp 中稱之爲 Mesh ，Mesh 進行獨立渲染，Mesh 對象本身包含渲染所需的所有相關數據，比如頂點位置、法向量、紋理座標以及物體的材質。

編譯模型加載庫 Assimp

Assimp 源代碼地址：https://github.com/assimp/assimp

環境準備：

Windows 7 
Android Studio 版本> 2.3.0 (帶有 NDK 和 CMake)
Python 3.5

從 Github 下載 Assimp（本文使用的是 assimp-v.5.0.0）源碼並解壓到一個新建文件夾 BuildAssimp 中；
在 BuildAssimp 文件夾新建一個 make_standalone_toolchain.bat 文件用於創建編譯所需的工具鏈，該文件內容如下：

python D:/AndroidSDK/Sdk/ndk-bundle/build/tools/make_standalone_toolchain.py --arch=arm --stl=libc++ --api=24 --install-dir=android-toolchain-24-llvm-arm

D:/AndroidSDK/Sdk/ndk-bundle/build/tools/make_standalone_toolchain.py 需要換成你本地的 Android SDK 中的工具鏈構建腳本。

雙擊腳本，執行完成後，會在當前目錄下（BuildAssimp 文件夾中）生成一個新的文件夾 android-toolchain-24-llvm-arm ，它是我們用於編譯 32 位的 assimp 庫用到的工具鏈。

在 BuildAssimp 文件夾中新建一個 build_assimp.bat 文件，用於編譯生成 assimp.so 文件，其內容如下：

@echo off
cls

REM *NOTE* Change these based on 
SET ASSIMP_DIR=assimp-v.5.0.0
SET OUTPUT_DIR=assimp-build-arm
SET ANDROID_PATH=D:\AndroidSDK\Sdk
SET NDK_PATH=D:\AndroidSDK\Sdk\ndk-bundle
SET NDK_TOOLCHAIN=%~dp0android-toolchain-24-llvm-arm
SET CMAKE_TOOLCHAIN=%NDK_PATH%\build\cmake\android.toolchain.cmake
SET CMAKE_PATH=%ANDROID_PATH%\cmake\3.6.4111459

REM *NOTE* Careful if you don't want rm -rf, I use it for testing purposes.
del /F /S /Q %OUTPUT_DIR%
mkdir %OUTPUT_DIR%

REM pushd doesn't seem to work ):<
cd %OUTPUT_DIR%

if not defined ORIGPATH set ORIGPATH=%PATH%
SET PATH=%CMAKE_PATH%\bin;%ANDROID_PATH%\tools;%ANDROID_PATH%\platform-tools;%ORIGPATH%

cmake ^
      -GNinja ^
      -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=%CMAKE_TOOLCHAIN% ^
      -DASSIMP_ANDROID_JNIIOSYSTEM=ON ^
      -DANDROID_NDK=%NDK_PATH% ^
      -DCMAKE_MAKE_PROGRAM=%CMAKE_PATH%\bin\ninja.exe ^
      -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ^
      -DANDROID_ABI="armeabi-v7a" ^
      -DANDROID_NATIVE_API_LEVEL=24 ^
      -DANDROID_FORCE_ARM_BUILD=TRUE ^
      -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=install ^
      -DANDROID_STL=c++_static ^
      -DCMAKE_CXX_FLAGS=-Wno-c++11-narrowing ^
      -DANDROID_TOOLCHAIN=clang ^

      -DASSIMP_BUILD_TESTS=OFF ^

      ../%ASSIMP_DIR%

cmake --build .

cd ..

pause

這裏需要配置你的 Android SDK 和 NDK path 。

雙擊腳本，執行完成後，會在 BuildAssimp 文件夾下生成一個新的文件夾 android-toolchain-24-llvm-arm ，編譯通過後會在 android-toolchain-24-llvm-arm/code/ 下生成 32 位的 assimp.so 文件。

下一節中將會使用 assimp.so 去加載 obj 模型文件，然後利用 OpenGL ES 渲染模型。

NDK OpenGL ES 3.0 開發（二十）：3D 模型

OpenGLES 3D 模型

OBJ 文件的結構

模型加載庫 Assimp

編譯模型加載庫 Assimp

聯繫與交流

NDK OpenGL ES 3.0 開發（十六）：相機預覽

NDK OpenGLES3.0 開發（九）：光照基礎

NDK OpenGL ES 3.0 開發（十四）：粒子（Particles）

NDK OpenGL ES 3.0 開發（十）：深度測試

NDK OpenGL ES 3.0 開發（七）：Transform Feedback

Mac下配置sublime實現LaTeX

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結