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3D引擎数据结构与glTF(1)

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发表于 2018-1-19 10:46:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
游戏程序
平台类型:  
程序设计: 设计思想/框架 3D图形 
编程语言:  
引擎/SDK: OpenGL 其它 
61.jpg

glTF是Khronos Group制定的一套3D内容的格式标准,包括场景、Mesh、动画、材质等方面。通过学习它,可以对3D引擎中的核心数据结构有一个基础的的理解,对于深入掌握3D引擎技术有很大的帮助。

文/燕良

来源:游戏程序员的自我修养

不是有句老话讲“程序 = 算法 + 数据结构”嘛,对于3D引擎来说也是这样。学习和掌握3D引擎中的核心数据有哪些,它们直接的关系是怎样等等问题,对于理解3D引擎的架构和图形渲染关系都有着非常大的帮助。然而,现在的商业3D引擎非常复杂,想要通过学习其源代码嘛非常困难,那么你就这样放弃了吗?我们需要一个合适的方式切入。

那么,什么是glTF呢?

直接去研读Unreal Engine的源代码,对于没有基础的同学来说,确实太困难了。想要对3D引擎内部有一些必要的了解,glTF是一个很好的切入点。学习glTF也是具有实用价值的,已经有越来越多的引擎支持这种格式,另外还可以顺便学一下英语。

glTF是什么呢?

  • glTF即GL Transmission Format的缩写;
  • glTF是一种3D内容的格式标准,由Khronos Group管理;(Khronos Group还管理着OpenGL系列、OpenCL等重要的行业标准)
  • glTF的设计是面向实时渲染应用的,尽量提供可以直接传输给图形API的数据形式,不再需要二次转换;
  • glTF对OpenGL ES、WebGL非常友好;
  • glTF的目标是:3D领域的JPEG;
  • 作为一个标准,自2015年10月发布(glTF 1.0)以来,已经得到了业界广泛的认可,你可以相信它的水平;
  • glTF目前最新版本为2.0已于2017年6月正式发布。

为什么还需要一个3D内容格式标准?

所谓的内容格式标准,可以粗略的理解为“文件格式”,就像我们常用的Wavefont OBJ、Autodesk FBX等。既然已经有了那么多文件格式了,干嘛还要设计一个新的呢?这主要是因为那些格式并不是针对实时渲染设计的,例如FBX或者COLLADA都是针对建模工具之间交互数据使用的。现在的主流3D引擎,例如Unity3D、Unreal Engine,它们都需要一个import的过程把FBX等格式转换成为内部的对象,然后使用对象序列化机制来存储3D场景、模型、材质等。这些引擎它们都有自己的存储方式,而且都是私有的,并不公开。

我们熟悉的大神卡马克也曾经呼吁建立实时渲染的3D内容格式的标准。如果没有一种标准格式的话,每个3D引擎都要实现自己的文件导入、转换工具,用来和3DS MAX、Maya、Blender等工具对接;而有了glTF这一标准之后,一切可以变得简单很多。

62.png


glTF都包含哪些数据

从逻辑的角度,它包含所有常用的、必须的数据:

  • glTF包括场景定义数据,它使用SceneGraph,也就是一个树来定义场景;场景中的节点包含Transform矩阵(也就是位置、旋转、缩放)、父子关系的描述,以及包含的功能(mesh、camera等);
  • 包含mesh和skin数据,通过它们你可以加载静态模型和骨骼模型;
  • 包含动画数据,通过定义场景中节点的运动来定义动画,这些节点可以用来组成骨架结构(Skeleton),也可以直接控制节点中的mesh做刚体运动;
  • 包含Morph Target(也称作Blend Shape)模型动画数据;
  • 包含材质定义;在glTF 1.0中,包含一个technique的定义,相对于Unity3D中的ShaderLab,或者D3D中的effect文件;

glTF标准所定义的上述数据,从物理结构上了由以下几个文件组成:

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  • 一个JSON文本文件,作为整个标准的核心,描述场景结构,数据对应关系等;(如果你对 JSON 格式不熟悉,可以到 json.org 看一看)
  • 一个二进制文件,用来存储Vertex Buffer、Index Buffer等,这些数据可以直接通过OpenGL或者WebGL API直接上传到显示驱动,无需再做解析和转换;
  • 还包含所引用的shader文件、贴图文件等;




参考资料:

glTF官方网站
glTF 2.0 标准文档
glTF 1.0 标准文档
glTF Tutorial





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