了解.obj文件格式

一、 .obj文件格式简介

.obj是一种常见的3D模型文件格式，它由Wavefront Technologies公司开发，是一种文本格式。

.obj文件通常包含了一个3D模型的网格数据、纹理坐标、法向量和多组材质定义等信息，可以被大部分3D软件支持。

下面是一份简单的.obj文件示例：

v 0.0 0.0 0.0
v 1.0 0.0 0.0
v 0.0 1.0 0.0
f 1 2 3

二、 学习.obj文件中的基本概念

1. 顶点（Vertex）

在.obj文件中，顶点是指一个3D模型中的一个坐标点。.obj文件中用“v”表示顶点，后面跟随着顶点的xyz坐标值。

v 0.0 0.0 0.0
v 1.0 0.0 0.0
v 0.0 1.0 0.0

2. 法向量（Normal）

法向量是一个3D模型表面的一个向量，它垂直于表面。

.obj文件中使用“vn”表示顶点法向量，后面跟随着法向量的xyz坐标值。

vn 0.0 0.0 1.0
vn 0.0 0.0 1.0
vn 0.0 0.0 1.0

3. 纹理坐标（Texture Coordinate）

纹理坐标是3D模型表面的一个点，指定了该点在纹理图像上的位置。

.obj文件中使用“vt”表示纹理坐标，后面跟随着纹理坐标的uv值。

vt 0.0 0.0
vt 1.0 0.0
vt 0.0 1.0

4. 面（Face）

面是由多个顶点组成的一个平面，它一般由三角形或四边形构成。

.obj文件中使用“f”表示面，后面跟随着组成该面的顶点、纹理、法向量索引。

f 1/1/1 2/2/1 3/3/1

三、读取和处理.obj文件

1. 读取.obj文件

读取一个.obj文件可以分为以下几个步骤：

• 打开文件。
• 按行读取文件内容。
• 根据每行内容解析出相应的顶点、法向量和纹理坐标等信息。

下面给出一个C++的读取.obj文件的示例代码：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>

struct Vertex {
  float x, y, z;
};
struct TextureCoord {
  float u, v;
};
struct Normal {
  float x, y, z;
};
struct Face {
  std::vector<int> vertexIndices;
  std::vector<int> textureIndices;
  std::vector<int> normalIndices;
};

int main() {
  std::vector<Vertex> vertices;
  std::vector<TextureCoord> textureCoords;
  std::vector<Normal> normals;
  std::vector<Face> faces;

  std::ifstream objFile("model.obj");

  if (!objFile.is_open()) {
    std::cerr << "Failed to open file!\n";
    return -1;
  }

  std::string line;
  while (std::getline(objFile, line)) {
    std::istringstream iss(line);
    std::string identifier;
    if (!(iss >> identifier)) {
      continue;
    }

    if (identifier == "v") {
      Vertex vertex{};
      iss >> vertex.x >> vertex.y >> vertex.z;
      vertices.emplace_back(vertex);
    } else if (identifier == "vt") {
      TextureCoord textureCoord{};
      iss >> textureCoord.u >> textureCoord.v;
      textureCoords.emplace_back(textureCoord);
    } else if (identifier == "vn") {
      Normal normal{};
      iss >> normal.x >> normal.y >> normal.z;
      normals.emplace_back(normal);
    } else if (identifier == "f") {
      Face face{};
      std::string faceLine;
      std::getline(iss, faceLine);
      std::istringstream iss2(faceLine);
      int index;
      char slash;
      while (iss2 >> index) {
        face.vertexIndices.emplace_back(index);
        iss2 >> slash;
        if (iss2.peek() != '/') {
          continue;
        }
        iss2.ignore();
        if (iss2.peek() == '/') {
          iss2.ignore();
          iss2 >> index;
          face.normalIndices.emplace_back(index);
        } else {
          iss2 >> index;
          face.textureIndices.emplace_back(index);
          if (iss2.peek() != '/') {
            continue;
          }
          iss2.ignore();
          iss2 >> index;
          face.normalIndices.emplace_back(index);
        }
      }
      faces.emplace_back(face);
    } else {
      continue;
    }
  }

  objFile.close();

  return 0;
}

2. 渲染模型

读取.obj文件后，我们可以使用OpenGL等图形渲染库来渲染3D模型。

下面是一个使用OpenGL渲染一个.obj模型的C++示例代码：

#include <GL/glut.h>

void display() {
  glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
  glLoadIdentity();
  glTranslatef(0.0f, 0.0f, -3.0f);

  glBegin(GL_TRIANGLES);
  for (const auto& face : faces) {
    for (int i = 0; i < face.vertexIndices.size(); i++) {
      int vertexIndex = face.vertexIndices[i];
      int normalIndex = face.normalIndices[i];
      int textureIndex = face.textureIndices[i];
      glNormal3f(normals[normalIndex].x, normals[normalIndex].y,
                 normals[normalIndex].z);
      glTexCoord2f(textureCoords[textureIndex - 1].u,
                   textureCoords[textureIndex - 1].v);
      glVertex3f(vertices[vertexIndex - 1].x, vertices[vertexIndex - 1].y,
                 vertices[vertexIndex - 1].z);
    }
  }
  glEnd();

  glutSwapBuffers();
}

int main(int argc, char** argv) {
  glutInit(&argc, argv);
  glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_DOUBLE);
  glutInitWindowSize(800, 600);
  glutCreateWindow("Model Viewer");

  glutDisplayFunc(display);

  glEnable(GL_DEPTH_TEST);

  glutMainLoop();

  return 0;
}

四、总结

本文介绍了.obj文件的基本格式和概念，以及如何读取和处理.obj文件，并使用OpenGL来渲染一个.obj模型。

读者可以通过本文了解.obj文件和处理方式，对3D模型处理有更深入的理解。