详解3D中obj文件格式

骑猪看日落 2022-08-31 15:30 432阅读 0赞

原文链接：[https://www.jianshu.com/p/f7f3e7b6ebf5][https_www.jianshu.com_p_f7f3e7b6ebf5]

加载3D模型的时候，遇到.obj格式的模型文件。之前有专门看过相关的资料，可惜没有总结，一下就忘了。再次用到，又去搜索了一番，发现网上很多文章讲的不是很全面。于是就找到百科上的文档，总结一下。  
Obj（或者.obj）是一种几何定义文件格式，第一次是 [Wavefront Technologies][]在他们的可视化加强动画包里面使用的。文件格式是公开的，并能很好的在其他的3D应用中被支持。  
Obj文件格式是一种简单的单独表示3D几何图元的文件格式——也就是，顶点的坐标，每个顶点纹理的UV坐标，顶点法向量，以及组成多边形的面的顶点坐标、以及纹理UV坐标序列。面的顶点默认为逆时针顺序，法向量不是必须的。OBJ文件并非归一化的，但是可以在注释中加入缩放信息。  
Obj文件可以是ASCII的编码(.obj)方式也可以是二进制格式(.mod)。以ASCII格式存储的obj文件必须用.obj作为文件拓展名。

## 1. 文件格式（File Format） ##

以哈希字符（\#）开始的一行表示注释。

# this is a comment

一个obj格式的文件可能包含了顶点数据，自由形式的曲面／表面属性，绘制索引序列，自由形式的曲面／表面内容声明，关联自由形式的表面，组和渲染属性信息。大多数常见的绘制索引表现为几何顶点，纹理坐标，顶点法线以及多边形的面：

# List of geometric vertices, with (x,y,z[,w]) coordinates, w is optional and defaults to 1.0. v 0.123 0.234 0.345 1.0 v ... ... # List of texture coordinates, in (u, v [,w]) coordinates, these will vary between 0 and 1, w is optional and defaults to 0. vt 0.500 1 [0] vt ... ... # List of vertex normals in (x,y,z) form; normals might not be unit vectors. vn 0.707 0.000 0.707 vn ... ... # Parameter space vertices in ( u [,v] [,w] ) form; free form geometry statement ( see below ) vp 0.310000 3.210000 2.100000 vp ... ... # Polygonal face element (see below) f 1 2 3 f 3/1 4/2 5/3 f 6/4/1 3/5/3 7/6/5 f 7//1 8//2 9//3 f ... ...

### 1.1 几何顶点 ###

一个顶点可以用字符v开头的一行来表示。接着后面跟上(x, y, z \[w\])的值来表示顶点坐标。W是可选项，默认为1.0。一些应用支持顶点颜色，通过在x y z后面跟上red, green, blue值来表示。颜色值的范围为0到1.0。

### 1.2 参数顶点空间 ###

自由形式的几何图元声明可以使用字符vp开头的行来表示，用于定义一个曲面或者平面的参数空间中的顶点。"u"只能在曲面顶点中使用，u和v用于表示non-rational剪裁曲面的点，而u,v以及w表示rational剪裁曲面的点。

### 1.3 表面单元 ###

表面通过一个包含顶点，纹理以及法线索引的序列来表示。类似四边形这种多边形可以通过多于三个包含顶点/纹理/法线索引来定义。  
OBJ文件也支持自由形式的使用曲面和表现来定义对象的几何图元，例如NURBS表面。

#### 顶点索引 ####

一个合法的顶点索引符合上面定义的顶点序列格式。如果一个索引是正值则表示相对于顶点序列从1开始的偏移。如果一个索引是负的，表示从顶点序列结尾的偏移，从-1开始。  
每个面都可以包含三个或者更多的顶点。

f v1 v2 v3 ....

#### 纹理坐标索引 ####

在描述一个平面的时候，纹理坐标索引作为可选项用于描述该顶点相关的纹理坐标。为了描述纹理坐标索引，必须在顶点坐标索引之后紧密添加一根斜线（/），之后再紧密添加纹理坐标索引。在斜线的前后都不能有空格。一个合法的纹理坐标索引从1开始，并符合之前描述的格式。每个面可以包含三个或者更多的单元。

f v1/vt1 v2/vt2 v3/vt3 ...

#### 顶点法线索引 ####

法线索引用于描述顶点的法向量，在描述面的时候是可选项。要添加顶点法线索引，必须在纹理索引之后添加第二根斜线（／），然后在之后添加法线索引。斜线前后不能有空格。合法的法线索引从1开始，并符合之前面描述的格式。每个面可以包含三个或者更多的单元。

f v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3 ...

#### 顶点坐标法线索引（不包含纹理索引） ####

可以在定义几何图元的时候忽略纹理坐标索引，但是必须在顶点坐标索引后加上两根斜线（//），然后添加法线索引。

f v1//vn1 v2//vn2 v3//vn3 ...

#### 其他几何格式 ####

Obj文件采用若干差值方法来支持高阶表面，例如泰勒和B差值，尽管支持这些特性要使用一些非标准的第三方文件。Obj文件不支持网格分级或者任何其他形式的动画或形变，例如顶点蒙皮或纹理变形。

#### 材质引用 ####

描述多边形的可见属性存储在外部的.mtl文件中。OBJ文件可能会引用超过一个的.mtl文件。.mtl文件可能包含一个或者多个不同命名的材质定义。

mtllib [external .mtl file name] ...

通过绘制单元之后的这个标签来指明使用的材质。材质名称必须和外部定义的.mtl文件名称匹配。

usemtl [material name] ...

objects名称和多边形group标签

o [object name] ... g [group name] ...

*  Group声明用于组织模型的单元(element)以及简化数据操作
 *  Object声明用于标识在一个文件中的不同object单元  
    所有的group声明都是基于状态的。依旧是一旦声明了group，将应用于所有之后的内容，直到下一个group 声明。  
    通过Smoothing Group可以实现多边形平滑渲染。

s 1
      ...
      # Smooth shading can be disabled as well.
      s off
      ...

单个obj文件中可以包含多个object标签或group标签。  
其中，o标签和g标签仅仅是在组织上进行分组而存在的，例如一个o标签下，可能包含多个g，或者一个g开头的顶点数据集合之后包含多个g组织描述的三角面。也有将usemtl标签作为网格分组的，原因是考虑了同一组网格使用了相同的纹理。但有个不方面的地方就是对于需要单个控制的地方，略显不便。例如一个o或者g标签的数据集合表示人脸，之后眼睛，耳朵，鼻子等五官分作不同的g来组织，使用同一个纹理。采用usemtl分组的话，如果想对眼睛，嘴巴，等进行单独变换的时候很不方便。因此，本人还是采用g来进行网格划分。  
通常处理obj文件的时候，会抛弃顶点法线数据，而通过顶点信息来进行计算。有了以上的顶点坐标、法线、纹理坐标等信息，就可以进行3D模型文件的渲染了。  
下面是一个简单3D模型的光照效果。[猛戳代码][Link 1]

![Image 1][]

[https_www.jianshu.com_p_f7f3e7b6ebf5]: https://www.jianshu.com/p/f7f3e7b6ebf5
[Wavefront Technologies]: https://link.jianshu.com?t=https://en.wikipedia.org/wiki/Wavefront_Technologies
[Link 1]: https://link.jianshu.com?t=https://github.com/ZokLoong/Toy
[Image 1]: