OpenGL加载和绘制glTF模型
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青苓菀
2024-10-11 08:48:44
最近决定复习一下OpenGL，用一周时间速通。之前尝试过加载sketchfab上的模型，但因不懂glTF格式而受挫。本文将聚焦于加载基本的glTF模型，不涉及阴影。最终展示效果如标题所示。
加载模型，核心在于绘制一系列三角形，每三角形包含顶点位置、纹理坐标和法向量。OpenGL的渲染管线接收顶点数据，通过着色器最终在屏幕上显示。管线包含多环节，重点在于顶点着色器和片元着色器，它们需要用户编写。数据传输至GPU前，需创建缓冲区并解释格式。
渲染管线开始，顶点着色器处理每个顶点，输出至片元着色器阶段，GPU调用一次片元着色器对每个片元进行绘制。统一参数通过uniform变量传递。所有准备就绪后，调用绘制函数即可显示三角形。
加载模型前，需创建窗口和初始化OpenGL上下文，GLFW可完成此任务。
缓冲区分为顶点缓冲和索引缓冲，前者存储位置、纹理坐标、法向量等数据，后者存储顶点索引，旨在节省空间。每次绘制调用时，绑定VAO和VAI，无需重复顶点数据。
顶点缓冲和VAO关联通过绑定属性顶点缓冲，调用glVertexAttribPointer，指定类型、长度、步长和偏移等信息。
glTF是Khronos提出用于高效传输和加载3D模型的格式，支持3D模型和动画，本文不涉及动画和PBR材质。模型下载格式为.glb或.gltf。
glTF基于JSON，结构包含一个或多个Scene，每个Scene由Node树构成，Node可能包含Mesh和变换矩阵。Mesh由Primitive表示，每个Primitive由三角形和材质组成。
坐标系采用右手系，OpenGL则为左手系。顶点数据存储在Buffer内，通过BufferView和Accessor访问。Material、Texture等结构用于定义模型外观。
为了代码简洁，对OpenGL进行封装。使用tinygltf库加载glTF模型，该库功能简单，易于理解。进行进一步封装以提升代码质量。
加载模型后，通过tinygltf库，将glTF场景封装为GLTFScene类。渲染时，根据模型的半透明性质实现渲染队列，从远到近渲染，确保视觉效果。
最终结果展示在SketchFab上的模型，遵循CC BY-NC 4.0许可，展示了加载模型后的应用效果。
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