基于Qt的OpenGL可编程管线学习（2）- obj模型绘制

2024-12-22 技术教程

绘制一个Obj模型，效果如下图所示

这里给模型加载顶点和纹理的信息，加上环境光、漫反射和镜面反射，这里我用的是一个方向光。

并且让模型每一帧旋转一个角度达到动态旋转的效果。

1、Obj模型基本内容及加载

v 表示顶点数据

vt 表示纹理数据

vn 表示法线数据

f 表示一个面的顶点数据的Index

这里我是直接解析的模型，代码如下所示：

objmode.h

#ifndefOBJMODE_H#defineOBJMODE_H#include<QObject>#include<QString>#include<QStringList>#include<QVector>#include<QFile>#include<QTextStream>structVertexData{floatpostion[3];floattexcoord[2];floatnormal[3];};structVertexPos{floatpostion[3];};structVertexTex{floatcoord[2];};structVertexNor{floatnormal[3];};structVertexIndex{intposIndex;intcoordIndex;intnormalIndex;};classObjMode:QObject{public:ObjMode();~ObjMode();boolloadObjModel(QStringnFileStr,QVector&nVertextData,QVector&index);private:QVectorm_VertexInfo;QVectorm_TextureInfo;QVectorm_NormalInfo;QVectorm_VertexIndex;QVectorm_FaceIndex;};#endif//OBJMODE_H

其中loadObjModel()函数就是加载模型的函数，输入为文件路径，会返回顶点的数据内容和每个面的三角形对应的顶点的索引。

函数实现如下所示：

boolObjMode::loadObjModel(QStringnFileStr,QVector<VertexData>&nVertextData,\QVector<unsignedint>&index){QFilenObjFile(nFileStr);if(!nObjFile.exists())returnfalse;if(!nObjFile.open(QFile::ReadOnly))returnfalse;nVertextData.clear();index.clear();m_TextureInfo.clear();m_NormalInfo.clear();m_VertexInfo.clear();m_VertexIndex.clear();m_FaceIndex.clear();QTextStreamnTextStream(&nObjFile);for(;!nTextStream.atEnd();){QStringnLineString=nTextStream.readLine();QByteArraynData=nLineString.toLocal8Bit();if(nData.length()<=2)continue;if(nData.at(0)=='v'){QStringListnStrList=nLineString.split("");if(nData[1]=='t'){if(nStrList.count()<=0||nStrList.at(0)!="vt")continue;VertexTexnTexture;for(inti=1;i<nStrList.count();++i)nTexture.coord[i-1]=nStrList.at(i).toFloat();m_TextureInfo<<nTexture;}elseif(nData[1]=='n'){if(nStrList.count()<=0||nStrList.at(0)!="vn")continue;VertexNornNormal;for(inti=1;i<nStrList.count();++i)nNormal.normal[i-1]=nStrList.at(i).toFloat();m_NormalInfo<<nNormal;}else{if(nStrList.count()<=0||nStrList.at(0)!="v")continue;VertexPosnPos;for(inti=1;i<nStrList.count();++i)nPos.postion[i-1]=nStrList.at(i).toFloat();m_VertexInfo<<nPos;}}elseif(nData[0]=='f'){QStringListnStrList=nLineString.split("");if(nStrList.count()<=0||nStrList.at(0)!="f")continue;for(inti=1;i<nStrList.count();++i){VertexIndexnIndex;QStringnFaceIndexStr=nStrList.at(i);QStringListnFaceList=nFaceIndexStr.split("/");nIndex.posIndex=nFaceList.at(0).toUInt()-1;nIndex.coordIndex=nFaceList.at(1).toUInt()-1;nIndex.normalIndex=nFaceList.at(2).toUInt()-1;boolisFinded=false;for(intj=0;j<m_VertexIndex.count();++j){if(nIndex.posIndex==m_VertexIndex.at(j).posIndex&&\nIndex.coordIndex==m_VertexIndex.at(j).coordIndex&&\nIndex.normalIndex==m_VertexIndex.at(j).normalIndex){isFinded=true;m_FaceIndex<<j;break;}}if(!isFinded){m_VertexIndex<<nIndex;m_FaceIndex<<m_VertexIndex.count()-1;}}}}nObjFile.close();for(inti=0;i<m_VertexIndex.count();++i){VertexDatanPerVertextData;intposIndex=m_VertexIndex.at(i).posIndex;inttextureIndex=m_VertexIndex.at(i).coordIndex;intnormalIndex=m_VertexIndex.at(i).normalIndex;memcpy(nPerVertextData.postion,m_VertexInfo.at(posIndex).postion,sizeof(VertexPos));memcpy(nPerVertextData.texcoord,m_TextureInfo.at(textureIndex).coord,sizeof(VertexTex));memcpy(nPerVertextData.normal,m_NormalInfo.at(normalIndex).normal,sizeof(VertexNor));nVertextData.push_back(nPerVertextData);}for(inti=0;i<m_FaceIndex.count();++i){index.push_back(m_FaceIndex.at(i));}returntrue;}

2、创建纹理

GLuintOpenGLOperate::createTexture(QStringnFile){GLuinttextureId=0;QFilefile(nFile);if(!file.exists())return0;QImagep_w_picpath(nFile);QImagetextureImage;intwidth=p_w_picpath.width();intheight=p_w_picpath.height();textureImage=p_w_picpath.convertToFormat(QImage::Format_RGBA8888);textureImage=textureImage.mirrored();m_OpenGLCore->glGenTextures(1,&textureId);m_OpenGLCore->glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,textureId);m_OpenGLCore->glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_T,GL_CLAMP_TO_EDGE);m_OpenGLCore->glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_WRAP_S,GL_CLAMP_TO_EDGE);m_OpenGLCore->glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MIN_FILTER,GL_LINEAR);m_OpenGLCore->glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D,GL_TEXTURE_MAG_FILTER,GL_LINEAR);m_OpenGLCore->glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D,0,GL_RGB,width,height,0,\GL_RGBA,GL_UNSIGNED_BYTE,textureImage.bits());m_OpenGLCore->glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,0);returntextureId;}

为Shader的纹理赋值，默认使用0号纹理单元

m_Texture=m_OpenGLOperate->createTexture(":/niutou.bmp");OpenGLCore->glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,m_Texture);OpenGLCore->glUniform1i(m_TextureLocation,0);

3、关于环境光、漫反射及高光

环境光：在无光源下的环境的亮度；这里将环境光直接写到fragment shader中（也可以在用uniform在CPU上设置）

设置环境光的亮度及材质

//Ambientvec4M_AmbientLightColor=vec4(0.2,0.2,0.2,1.0);vec4M_AmbientMaterial=vec4(0.2,0.2,0.2,1.0);vec4ambientColor=M_AmbientLightColor*M_AmbientMaterial;

漫反射：在光的照射下物体反射的颜色，也就是物体反射的颜色

光照强度的计算：物体表面的点指向光源的向量点乘法线，就是发光强度。

分析：指向光源的向量与法线的夹角为0度时，反射的光线越多，发光强度越大。夹角为90度时，发光强度就为0，如果大于90度则为背光面。

//Diffusevec3M_LightPos=vec3(10.0,10.0,0.0);vec3LightNormal=normalize(M_LightPos);//指向光源的单位向量，方向光vec3NormalNormal=normalize(M_normal);//法线的单位向量//点乘获取光照强度vec4M_DiffuseLightColor=vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);vec4M_DiffuseMaterial=vec4(0.9,0.9,0.9,1.0);vec4diffuseColor=M_DiffuseLightColor*M_DiffuseMaterial*max(0.0,dot(NormalNormal,LightNormal));

镜面发射：高光，在金属等物体表面的光

标准phong模型光照强度的计算：反射光线点乘直线眼睛的向量作为基底，然后取一个幂

分析：当反射光线与指向眼睛的向量夹角为0度时，则为最亮的部分

//镜面反射vec4specularLightColor=vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);vec4specularMaterial=vec4(0.4,0.4,0.4,1.0);vec3reflerDir=normalize(reflect(-LightNormal,NormalNormal));vec3eyeDir=normalize(vec3(0.0)-M_WordPos);vec4specularColor=specularLightColor*specularMaterial*pow(max(0.0,dot(reflerDir,eyeDir)),180);

4、法线矩阵（Normal Matrix）

当模型矩阵变换时，法线也会变，需要重新计算法线，公式为：

法线矩阵 = 模型矩阵的逆的转置

变换后的法线 = 法线矩阵* 法线

QMatrix4x4nMormalMat;//法线矩阵QMatrix4x4nModeMat;//模型矩阵nModeMat.translate(0,-50,-200);if(m_Rote>360)m_Rote=0;elsem_Rote+=1.0f;nModeMat.rotate(m_Rote,0.0f,1.0f,0.0f);QMatrix4x4nNormalMatrix=nModeMat.inverted().transposed();

Vertex Shader:

attributevec3pos;attributevec2coord;attributevec3normal;uniformmat4M;uniformmat4V;uniformmat4P;uniformmat4NM;varyingvec2M_coord;varyingvec3M_normal;varyingvec3M_WordPos;voidmain(){M_coord=coord;M_WordPos=vec3(M*vec4(pos,1.0));M_normal=mat3(NM)*normal;//计算法线gl_Position=P*V*M*vec4(pos,1.0);}

Fragment Shader

uniformsampler2DU_MainTexture;varyingvec2M_coord;varyingvec3M_normal;varyingvec3M_WordPos;//uniformvec3M_LightPos;//平行光//uniformvec4M_AmbientLightColor;//uniformvec4M_AmbientMaterial;//uniformvec4M_DiffuseLightColor;//uniformvec4M_DiffuseMaterial;voidmain(){//Ambientvec4M_AmbientLightColor=vec4(0.2,0.2,0.2,1.0);vec4M_AmbientMaterial=vec4(0.2,0.2,0.2,1.0);vec4ambientColor=M_AmbientLightColor*M_AmbientMaterial;//Diffusevec3M_LightPos=vec3(10.0,10.0,0.0);vec3LightNormal=normalize(M_LightPos);//指向光源的单位向量vec3NormalNormal=normalize(M_normal);//法线的单位向量//点乘获取光照强度vec4M_DiffuseLightColor=vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);vec4M_DiffuseMaterial=vec4(0.9,0.9,0.9,1.0);vec4diffuseColor=M_DiffuseLightColor*M_DiffuseMaterial*max(0.0,dot(NormalNormal,LightNormal));//镜面反射vec4specularLightColor=vec4(1.0,1.0,1.0,1.0);vec4specularMaterial=vec4(0.4,0.4,0.4,1.0);vec3reflerDir=normalize(reflect(-LightNormal,NormalNormal));vec3eyeDir=normalize(vec3(0.0)-M_WordPos);vec4specularColor=specularLightColor*specularMaterial*pow(max(0.0,dot(reflerDir,eyeDir)),180);gl_FragColor=ambientColor+texture2D(U_MainTexture,M_coord)*1+specularColor;}

为了使模型看的更清楚，我没用漫反射。如果使用漫反射可以将最后一句改成：

gl_FragColor=ambientColor+texture2D(U_MainTexture,M_coord)*diffuseColor+specularColor;