模型加载

模型加载

得益于 assimp，Glass Engine 支持以下格式的 3D 模型加载：

  • 3D Manufacturing Format (.3mf)

  • Collada (.dae, .xml)

  • Blender (.blend)

  • Biovision BVH (.bvh)

  • 3D Studio Max 3DS (.3ds)

  • 3D Studio Max ASE (.ase)

  • glTF, glTF2.0 (.glTF)

  • FBX-Format, as ASCII and binary (.fbx)

  • Stanford Polygon Library (.ply)

  • AutoCAD DXF (.dxf)

  • IFC-STEP (.ifc)

  • IQM-Format (.iqm)

  • Neutral File Format (.nff)

  • Sense8 WorldToolkit (.nff)

  • Valve Model (.smd, .vta)

  • Quake I (.mdl)

  • Quake II (.md2)

  • Quake III (.md3)

  • Quake 3 BSP (.pk3)

  • RtCW (.mdc)

  • Doom 3 (.md5mesh, .md5anim, .md5camera)

  • DirectX X (.x)

  • Quick3D (.q3o, .q3s)

  • Raw Triangles (.raw)

  • AC3D (.ac, .ac3d)

  • Stereolithography (.stl)

  • Autodesk DXF (.dxf)

  • Irrlicht Mesh (.irrmesh, .xml)

  • Irrlicht Scene (.irr, .xml)

  • Object File Format (.off)

  • Wavefront Object (.obj)

  • Terragen Terrain (.ter)

  • 3D GameStudio Model (.mdl)

  • 3D GameStudio Terrain (.hmp)

  • Ogre (.mesh.xml, .skeleton.xml, .material)

  • OpenGEX-Fomat (.ogex)

  • Milkshape 3D (.ms3d)

  • LightWave Model (.lwo)

  • LightWave Scene (.lws)

  • Modo Model (.lxo)

  • CharacterStudio Motion (.csm)

  • Stanford Ply (.ply)

  • TrueSpace (.cob, .scn)

  • XGL-3D-Format (.xgl)

在 Glass Engine 中加载 3D 模型十分简单，只需使用 Model(file_name) 创建对象即可。你可以从下列网站下载到大量免费的 3D 模型：

例如，我下载了一个 帆船 的模型，然后用下述代码将其加载到 Glass Engine 中显示：

from glass_engine import *

scene, camera, _, _ = SceneRoam()

model = Model("path/to/ship_pinnace_4k.gltf") # 指向文件而不是文件夹
model["root"].scale = 0.2
model["root"].pitch = 90
scene.add(model)

camera.screen.show()

运行这段代码，你将得到图 1 所示结果。

帆船

图 1. 加载并显示一个帆船模型

由于网上下载的 3D 模型建模时使用的坐标系轴指向与 Glass Engine 中可能有所不同，而且其顶点坐标单位可能也有所不同，因此我们加载上来之后需要进行适当的缩放和旋转。注意到，这里我们没有直接对 model 进行缩放和旋转，而是对其下的名为 "root" 的子节点进行缩放旋转，是为了在之后对 model 本身的空间变换不受初始对齐校正的影响。

每个模型加载上来后，都会有一个 "root" 子节点，在 Glass Engine 的节点系统中，我们可以通过 [] 的方式访问到某个场景节点的子节点，如果模型姿态和尺寸不合适，建议通过模型的 "root" 子节点进行调整。你可以使用 print(model) 来显示 model 对象的所有子节点构成的节点树，针对这个帆船，打印结果为：

ship_pinnace_4k.gltf
  root
    ship_pinnace_aft
      Plane.041
    ship_pinnace_rigging
      Cylinder.042
    ship_pinnace_details
      Plane.046
    ship_pinnace_hull
      Plane.498
    ship_pinnace_deck
      Plane.057
    ship_pinnace_interior
      Plane.043
    ship_pinnace_sails
      Plane.002

后处理参数

你还可以通过一些参数来对模型加载进行更精细的控制，例如可以让模型加载完成时做一些后处理操作，让这些操作名称通过 Flag 形式传给 Model 的 flags 参数即可。下面是所有支持的后处理操作，在使用时带上 Model.PostProcessSteps. 即可，可通过位运算符 ~, |, & 对这些 Flag 进行组合。

  • CalcTangentSpace: 生成切线和福切线，将用在法向量贴图和凹凸贴图上，默认已传入；

  • JoinIdenticalVertices: 合并相同顶点，可减少顶点数，默认已传入；

  • Triangulate: 将非三角形的面转化为三角形，默认已传入；

  • GenNormals: 如果模型没有法向量，则生成法向量，默认已传入；

  • GenSmoothNormals: 如果模型没有法向量，则生成平滑的法向量；

  • SplitLargeMeshes: 将包含较多三角形数量的网格切分为多个子网格，防止超过硬件限制，默认已传入；

  • PreTransformVertices: 生成单个网格，无节点树状结构；

  • LimitBoneWeights: 在骨骼动画中，将同时影响单个顶点的骨骼数限制到 4；

  • ValidateDataStructure: 验证导入的模型数据结构，如有错误则会抛出异常，默认已传入；

  • ImproveCacheLocality: 对三角形重新排序以提高缓存命中率；

  • RemoveRedundantMaterials: 删除未引用的材质；

  • FixInfacingNormals: 翻转朝内的法向量；

  • PopulateArmatureData: 生成骨骼动画中的骨架数据；

  • SortByPType: 拆分具有多种基元类型的网格，使得每一个子网格仅具有单一的基元类型，默认已传入；

  • FindDegenerates: 将退化基元转化为正确的线或点；

  • FindInvalidData: 删除或修复无效数据，例如零法向量和错误的纹理坐标；

  • GenUVCoords: 将非 UV 贴图纹理坐标转化为正确的 UV 贴图纹理坐标；

  • TransformUVCoords: 将纹理坐标变换信息直接应用到纹理坐标上；

  • FindInstances: 将完全相同的网格合并为一个网格；

  • OptimizeMeshes: 减少网格数量，进而减少绘制调用；

  • OptimizeGraph: 优化节点层次结构；

  • FlipUVs: 将纹理坐标 y 轴翻转（变为 1 - y）；

  • FlipWindingOrder: 将三角形的顶点连接顺序反序；

  • SplitByBoneCount: 将含有多个骨骼的网格划分为多个网格；

  • Debone: 删除一些影响较小的网格；

  • GlobalScale: 依据模型定义的单位进行全局缩放；

  • EmbedTextures: 将纹理改为嵌入式纹理，而不依赖于外部文件；

  • ForceGenNormals: 强制重新生成法向量；

  • DropNormals: 删除所有法向量；

  • GenBoundingBoxes: 生成包围盒，默认已传入；

为防止覆盖默认参数，可通过设置 Model 的 extra_flags 参数对默认传入的 flags 进行补充，通过设置 exclude_flags 参数对默认 flags 进行剔除。例如，想要在默认 flags 的基础上强制重新生成法向量并生成平滑的法向量，则可以调用：

Model(file_name, extra_flags=(Model.PostProcessSteps.ForceGenNormals | Model.PostProcessSteps.GenSmoothNormals))