wayland(xdg_wm_base) + egl + opengles 使用 Assimp 加载3D model 最简实例(十三)

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前言

`本文主要介绍opengles 如何使用 第三方库Assimp（基于C++） 加载一个最简当的3d 立方体model
软硬件环境：
硬件：PC
软件：ubuntu22.04 egl1.4 weston9.0 opengles3.0 libassimp.so.5.2.0

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一、3D model 文件介绍

1. 3d model 介绍

1.1 如何获取3d model 文件

模型通常都是通过Blender、3DS Max或者Maya这样的3D建模工具(3D Modeling Tool)精心制作出来的

1.2 3d model 的文件格式

模型的文件格式有很多种，每一种都会以它们自己的方式来导出模型数据。像是Wavefront的.obj这样的模型格式，只包含了模型数据以及材质信息，像是模型颜色和漫反射/镜面光贴图。而以XML为基础的Collada文件格式则非常的丰富，包含模型、光照、多种材质、动画数据、摄像机、完整的场景信息等等。Wavefront的.obj格式通常被认为是一个易于解析的模型格式。

1.3 obj模型数据格式

• 以#开始的行为注释行
• usemtl 和 mtllib表示的材质相关数据
• o 引入一个新的object
• v 表示顶点坐标
• vt 表示顶点纹理坐标
• vn 表示顶点法线
• f 表示一个面，面使用1/2/8这样格式，表示顶点坐标/纹理坐标/法线的索引，这里索引的是前面用v,vt,vn定义的数据

2. 3d 立方体 model 实例——cube.obj

最简单的3d 立方体model 文件 cube.obj 内容如下
cube.obj

# Number of vertices: 8
v -0.5 0.5 0.5
v -0.5 -0.5 0.5
v 0.5 -0.5 0.5
v 0.5 0.5 0.5
v 0.5 0.5 -0.5
v 0.5 -0.5 -0.5
v -0.5 -0.5 -0.5
v -0.5 0.5 -0.5

# Number of Polygons: 12
f 1 2 3
f 1 3 4
f 4 3 6
f 4 6 5
f 5 6 7
f 5 7 8
f 8 7 2
f 8 2 1
f 2 7 6
f 2 6 3
f 8 1 4
f 8 4 5
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在PC 上使用3D 查看器打开cube.obj 文件，如下图所示

二、Assimp 介绍

1. Assimp 简介

一个非常流行的模型导入库是Assimp，它是Open Asset Import Library（开放的资产导入库）的缩写。Assimp能够导入很多种不同的模型文件格式（并也能够导出部分的格式），它会将所有的模型数据加载至Assimp的通用数据结构中。当Assimp加载完模型之后，我们就能够从Assimp的数据结构中提取我们所需的所有数据了。由于Assimp的数据结构保持不变，不论导入的是什么种类的文件格式，它都能够将我们从这些不同的文件格式中抽象出来，用同一种方式访问我们需要的数据。
当使用Assimp导入一个模型的时候，它通常会将整个模型加载进一个场景(Scene)对象，它会包含导入的模型/场景中的所有数据。Assimp会将场景载入为一系列的节点(Node)，每个节点包含了场景对象中所储存数据的索引，每个节点都可以有任意数量的子节点。Assimp数据结构的（简化）模型如下：

• 一个Mesh对象本身包含了渲染所需要的所有相关数据，像是顶点位置、法向量、纹理坐标、面(Face)和物体的材质；
• 一个网格包含了多个面。Face代表的是物体的渲染图元(Primitive)（三角形、方形、点）。一个面包含了组成图元的顶点的索引。由于顶点和索引是分开的，使用一个索引缓冲来渲染是非常简单的；
• 一个网格也包含了一个Material对象，它包含了一些函数能让我们获取物体的材质属性，比如说颜色和纹理贴图（比如漫反射和镜面光贴图）；
• 当使用建模工具对物体建模的时候，艺术家通常不会用单个形状创建出整个模型。通常每个模型都由几个子模型/形状组合而成。组合模型的每个单独的形状就叫做一个网格(Mesh)。比如说有一个人形的角色：艺术家通常会将头部、四肢、衣服、武器建模为分开的组件，并将这些网格组合而成的结果表现为最终的模型。一个网格是我们在OpenGL中绘制物体所需的最小单位（顶点数据、索引和材质属性）。一个模型（通常）会包括多个网格；

所以，我们需要做的第一件事是将一个物体加载到Scene对象中，遍历节点，获取对应的Mesh对象（我们需要递归搜索每个节点的子节点），并处理每个Mesh对象来获取顶点数据、索引以及它的材质属性。最终的结果是一系列的网格数据，我们会将它们包含在一个Model对象中

2.ubuntu 上安装libassimp

使用如下命令可以在ubuntu 上安装 libassimp
sudo apt install libassimp-dev
安装完成后，在/usr/lib/x86_64-linux-gnu/目录下就能看到libassimp相关的库文件，如下图所示

3. 使用Assimp 解析 cube.obj 文件

3.1 assimp_load_cube.cpp 文件内容如下

#include 
#include 
#include 

// 使用 Assimp 加载模型文件
#include 
#include 
#include 

int main()
{
   
    Assimp::Importer importer;
	const aiScene* scene = importer.ReadFile("./cube.obj", aiProcess_Triangulate | aiProcess_FlipUVs);

	if (!scene || scene->mFlags & AI_SCENE_FLAGS_INCOMPLETE || !scene->mRootNode) {
   
		    // 加载模型失败
		    printf("cube.obj load failed\n");
		    return -1;
	}

	aiMesh* mesh = scene->mMeshes[0];

	printf("mesh->mNumVertices = %d\n", mesh->mNumVertices);
	printf("mesh->mNumFaces = %d\n", mesh->mNumFaces);


	// 获取顶点坐标数据
    printf("cube vVertices : \n");
	GLfloat* vVertices = new GLfloat[mesh->mNumVertices * 3];
	for (unsigned int i = 0; i < mesh->mNumVertices; i++) {
   
		vVertices[i * 3] = mesh->mVertices[i].x;
		vVertices[i * 3 + 1] = mesh->mVertices[i].y;
		vVertices[i * 3 + 2] = mesh->mVertices[i].z;
        printf("%.1f, %.1f, %.1f，\n", vVertices[i * 3], vVertices[i * 3 + 1], vVertices[i * 3 + 2]);
	}

	// 获取面索引数据
    printf("cube indices : \n");
	GLushort* indices = new GLushort[mesh->mNumFaces * 3];
	for (unsigned int i = 0; i < mesh->mNumFaces; i++) {
   
		for (unsigned int j = 0; j < 3; j++) {
   
			indices[i * 3 + j] = mesh->mFaces[i].mIndices[j];
		}
        printf("%d, %d, %d，\n", indices[i * 3], indices[i * 3 + 1], indices[i * 3 + 2]);
	}

    return 0;
}
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3.2 编译

使用如下命令对 assimp_load_cube.cpp 文件进行编译
g++ assimp_load_cube.cpp -o assimp_load_cube -lassimp
编译成功会在当前目录下得到可执行文件 assimp_load_cube

3.3 运行

将cube.obj 和 可执行文件 assimp_load_cube 放到同一个目录下，执行 ./assimp_load_cube 命令，打印解析出来的顶点坐标和顶点索引信息如下：

lkh@ubuntu:~/lkh2024/opengles_test$ ./assimp_load_cube 
mesh->mNumVertices = 36
mesh->mNumFaces = 12
cube vVertices : 
-0.5, 0.5, 0.5,
-0.5, -0.5, 0.5,
0.5, -0.5, 0.5,
-0.5, 0.5, 0.5,
0.5, -0.5, 0.5,
0.5, 0.5, 0.5,
0.5, 0.5, 0.5,
0.5, -0.5, 0.5,
0.5, -0.5, -0.5,
0.5, 0.5, 0.5,
0.5, -0.5, -0.5,
0.5, 0.5, -0.5,
0.5, 0.5, -0.5,
0.5, -0.5, -0.5,
-0.5, -0.5, -0.5,
0.5, 0.5, -0.5,
-0.5, -0.5, -0.5,
-0.5, 0.5, -0.5,
-0.5, 0.5
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