opengl es 2.0中加载.obj 与 .mtl

opengl es 2.0中加载.obj 与 .mtl

本来以为网上应该有兼容性较好的obj与mtl的java解析库，但在网上找了好多代码，发现其在加载obj与mtl中，基本都存在较大问题。

网上代码主要分为了以下几个部分：

• mind3d 2011年就已停止维护(为opengl es1.0)，并且在加载多图形上存在很大的不兼容(主要解析了obj，mtl没有解析)。
• 其他一些obj解析代码，基本都是解析了obj，不管mtl文件；
  或者简单解析了mtl，却没有把对应的材质信息应用到opengl 绘制的图形上。
• 《Android 3D游戏开发技术宝典——OpenGL ES 2.0》 第九章 3D模型加载。 2012年我们几个在写这本书时，只是简单解析了obj文件，而且对mtl文件并未做解析(看到网上很多的例子是把这一章的案例直接照搬了)

mind3d官方地址与源码：
https://code.google.com/archive/p/min3d/
https://github.com/deadmoose/min3d

Obj简介

obj文件是3D模型文件格式。由Alias|Wavefront公司为3D建模和动画软件”Advanced Visualizer”开发的一种标准，适合用于3D软件模型之间的互导，也可以通过Maya读写。

• 只支持模型三角面数据和材质信息，无动画功能支持；
• 其中几何信息由.obj文件提供，材质信息由.mtl文件定义；
• 文件以行为单位表示一条数据，可以根据行开头的字符判断后续的内容；
• 其中 # 字符表示注释行

关于obj详细介绍，可查看：
http://blog.csdn.net/xiaxl/article/details/76893165

.obj 与 .mtl举例

以obj中加载三角形为例：

三角形ojb文件

obj文件中主要存放的以下几何信息

• 三维空间中顶点坐标信息
• 顶点的纹理坐标(贴图坐标)信息
• 顶点的法向量信息(计算光照用)

# mtl材质文件# mtllib testvt.mtl# o 对象名称(Object name)o adfaf# 组名称g default# 顶点v 0 0.5 0v -0.5 -0.5 0v 0.5 -0.5 0# 纹理坐标vt 0.0 1.0vt 0.0 0.0vt 1.0 1.0# 顶点法线vn 0 0 1# 当前图元所用材质usemtl Default# s Smooth shading across polygons is enabled by smoothing groups.# Smooth shading can be disabled as well.s off# v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3(索引起始于1)f 1/1/1 2/2/1 3/3/1

三角形mtl文件

mtl中主要规定了几何图形的贴图信息，对环境光、散射光、镜面光的反射情况、透明度等

# 定义一个名为 'Default'的材质newmtl Default# 材质的环境光Ka 0 0 0# 散射光Kd 0.784314 0.784314 0.784314# 镜面光Ks 0 0 0# 透明度d 1# 为漫反射指定颜色纹理文件map_Kd test_vt.png

三维空间对光的模拟：

当光照射到一个物体表面上时，会出现三种情形。

• 首先，光可以通过物体表面向空间反射， 产生反射光。
• 其次，对于透明体，光可以穿透该物体并从另一端射出，产生透射光。
• 最后，部分光将被物体表面吸收而转换成热。

在上述三部分光中，仅仅是透射光和反射光能够进入人眼产生视觉效果。这里只考虑被照明物体表面的反射光影响，假定物体表面光滑不透明且由理想材料构成，环境假设为由白光照明。
一般来说，反射光可以分成三个分量，即环境反射、漫反射和镜面反射。

关于关照与材质相关，可参考：
http://blog.csdn.net/xiaxl/article/details/76826812

案例效果图和手机运行效果

文档和案例地址

http://blog.csdn.net/xiaxl/article/details/77048507

https://github.com/xiaxveliang/GLES2_Anima_LoadFrom_Obj

opengl es 2.0中加载.obj 与 .mtl

这里要做的就是以下两件事：

• 解析.obj文件提供几何信息，.mtl文件定义材质信息；
• 再由opengl es将以上数据绘制出来。

mtl解析代码

/** * @author xiaxl *         <p> *         create by xiaxl on 2017.08.09 *         加载材质工具类 */public class MtlLoaderUtil {    private static final String TAG = "MtlLoaderUtil";    /**     * 加载材质的方法     *     * @param fname assets的mtl文件路径     * @param res     * @return     */    public static HashMap<String, MtlData> load(String fname, Resources res) throws Exception {        // 材质数组        HashMap<String, MtlData> mMTLMap = new HashMap<String, MtlData>();        //        if (res == null || TextUtils.isEmpty(fname)) {            return mMTLMap;        }        //        MtlData currMtlData = null;        try {            // 读取assets下文件            InputStream in = res.getAssets().open(fname);            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in);            BufferedReader buffer = new BufferedReader(isr);            // 行数据            String line;            //            while ((line = buffer.readLine()) != null) {                // Skip comments and empty lines.                if (line.length() == 0 || line.charAt(0) == '#') {                    continue;                }                //                StringTokenizer parts = new StringTokenizer(line, " ");                int numTokens = parts.countTokens();                if (numTokens == 0) {                    continue;                }                //                String type = parts.nextToken();                type = type.replaceAll("\\t", "");                type = type.replaceAll(" ", "");                // 定义一个名为 'xxx'的材质                if (type.equals(MtlLoaderUtil.NEWMTL)) {                    String name = parts.hasMoreTokens() ? parts.nextToken() : "def";                    // 将上一个对象加入到列表中                    if (currMtlData != null) {                        mMTLMap.put(currMtlData.name, currMtlData);                    }                    // 创建材质对象                    currMtlData = new MtlData();                    // 材质对象名称                    currMtlData.name = name;                }                // 环境光                else if (type.equals(MtlLoaderUtil.KA)) {                    currMtlData.Ka_Color = getColorFromParts(parts);                }                // 散射光                else if (type.equals(MtlLoaderUtil.KD)) {                    currMtlData.Kd_Color = getColorFromParts(parts);                }                // 镜面光                else if (type.equals(MtlLoaderUtil.KS)) {                    currMtlData.Ks_Color = getColorFromParts(parts);                }                // 高光调整参数                else if (type.equals(MtlLoaderUtil.NS)) {                    String ns = parts.nextToken();                    currMtlData.ns = Float.parseFloat(ns);                }                // 溶解度，为0时完全透明，1完全不透明                //else if (type.equals(MtlLoaderUtil.D) || type.equals(MtlLoaderUtil.TR)) {                else if (type.equals(MtlLoaderUtil.D)) {                    currMtlData.alpha = Float.parseFloat(parts.nextToken());                }                // map_Ka，map_Kd，map_Ks：材质的环境（ambient），散射（diffuse）和镜面（specular）贴图                else if (type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_KA)) {                    currMtlData.Ka_Texture = parts.nextToken();                } else if (type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_KD)) {                    currMtlData.Kd_Texture = parts.nextToken();                } else if (type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_KS)) {                    currMtlData.Ks_ColorTexture = parts.nextToken();                } else if (type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_NS)) {                    currMtlData.Ns_Texture = parts.nextToken();                } else if (type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_D) || type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_TR)) {                    currMtlData.alphaTexture = parts.nextToken();                } else if (type.equals(MtlLoaderUtil.MAP_BUMP)) {                    currMtlData.bumpTexture = parts.nextToken();                }            }            if (currMtlData != null) {                mMTLMap.put(currMtlData.name, currMtlData);            }            buffer.close();        } catch (Exception e) {            Log.e(TAG, e.getMessage());            throw new Exception(e.getMessage(), e.getCause());        }        return mMTLMap;    }    //####################################################################################    /**     * 材质需解析字段     */    // 定义一个名为 'xxx'的材质    private static final String NEWMTL = "newmtl";    // 材质的环境光（ambient color）    private static final String KA = "Ka";    // 散射光（diffuse color）用Kd    private static final String KD = "Kd";    // 镜面光（specular color）用Ks    private static final String KS = "Ks";    // 反射指数 定义了反射高光度。该值越高则高光越密集，一般取值范围在0~1000。    private static final String NS = "Ns";    // 渐隐指数描述 参数factor表示物体融入背景的数量，取值范围为0.0~1.0，取值为1.0表示完全不透明，取值为0.0时表示完全透明。    private static final String D = "d";    // 滤光透射率    private static final String TR = "Tr";    // map_Ka，map_Kd，map_Ks：材质的环境（ambient），散射（diffuse）和镜面（specular）贴图    private static final String MAP_KA = "map_Ka";    private static final String MAP_KD = "map_Kd";    private static final String MAP_KS = "map_Ks";    private static final String MAP_NS = "map_Ns";    private static final String MAP_D = "map_d";    private static final String MAP_TR = "map_Tr";    private static final String MAP_BUMP = "map_Bump";    public static class MtlData {        // 材质对象名称        public String name;        // 环境光        public int Ka_Color;        // 散射光        public int Kd_Color;        // 镜面光        public int Ks_Color;        // 高光调整参数        public float ns;        // 溶解度，为0时完全透明，1完全不透明        public float alpha = 1f;        // map_Ka，map_Kd，map_Ks：材质的环境（ambient），散射（diffuse）和镜面（specular）贴图        public String Ka_Texture;        public String Kd_Texture;        public String Ks_ColorTexture;        public String Ns_Texture;        public String alphaTexture;        public String bumpTexture;    }    //####################################################################################    /**     * 返回一个oxffffffff格式的颜色值     *     * @param parts     * @return     */    private static int getColorFromParts(StringTokenizer parts) {        int r = (int) (Float.parseFloat(parts.nextToken()) * 255f);        int g = (int) (Float.parseFloat(parts.nextToken()) * 255f);        int b = (int) (Float.parseFloat(parts.nextToken()) * 255f);        return Color.rgb(r, g, b);    }}

obj解析代码

/** * obj model */public class ObjLoaderUtil {    private static final String TAG = "ObjLoaderUtil";    /**     * 解析     *     * @param fname assets的obj文件路径     * @param res   Resources     * @return     */    public static ArrayList<ObjData> load(String fname, Resources res) throws Exception {        Log.d(TAG, "---loadObj---");        // 返回的数据列表        ArrayList<ObjData> objectList = new ArrayList<ObjData>();        //        if (res == null || TextUtils.isEmpty(fname)) {            return objectList;        }        /**         * 所有顶点信息         */        // 顶点数据        ArrayList<Float> vertices = new ArrayList<Float>();        // 纹理数据        ArrayList<Float> texCoords = new ArrayList<Float>();        // 法向量数据        ArrayList<Float> normals = new ArrayList<Float>();        // 全部材质列表        HashMap<String, MtlLoaderUtil.MtlData> mtlMap = null;        // Ojb索引数据        ObjData currObjData = new ObjData();        // 当前材质名称        String currMaterialName = null;        // 是否有面数据的标识        boolean currObjHasFaces = false;        //###############################解析开始#################################        try {            // 每一行的信息            String line = null;            // 读取assets下文件            InputStream in = res.getAssets().open(fname);            InputStreamReader isr = new InputStreamReader(in);            BufferedReader buffer = new BufferedReader(isr);            // 循环读取每一行的数据            while ((line = buffer.readLine()) != null) {                // 忽略 空行和注释                if (line.length() == 0 || line.charAt(0) == '#') {                    continue;                }                // 以空格分割String                StringTokenizer parts = new StringTokenizer(line, " ");                int numTokens = parts.countTokens();                if (numTokens == 0) {                    continue;                }                // 打头的字符                String type = parts.nextToken();                // 材质                if (type.equals(ObjLoaderUtil.MTLLIB)) {                    if (!parts.hasMoreTokens()) {                        continue;                    }                    // 需要重命名材质文件(应该取同一路径下的,这里暂时先这么写吧)??????????????????????????????                    String materialLibPath = parts.nextToken();                    //#########加载材质信息############                    if (TextUtils.isEmpty(materialLibPath) == false) {                        mtlMap = MtlLoaderUtil.load(materialLibPath, res);                    }                }                // 对象名称                else if (type.equals(ObjLoaderUtil.O)) {                    // 对象名称                    String objName = parts.hasMoreTokens() ? parts.nextToken() : "def";                    // 面数据                    if (currObjHasFaces) {                        // 添加到数组中                        objectList.add(currObjData);                        // 创建新的索引对象                        currObjData = new ObjData();                        currObjHasFaces = false;                    }                    currObjData.name = objName;                    // 对应材质                    if (TextUtils.isEmpty(currMaterialName) == false && mtlMap != null) {                        currObjData.mtlData = mtlMap.get(currMaterialName);                    }                }                // "v" 顶点属性 添加到顶点数组                else if (type.equals(ObjLoaderUtil.V)) {                    vertices.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                    vertices.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                    vertices.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                }                // 纹理                else if (type.equals(ObjLoaderUtil.VT)) {                    // 这里纹理的Y值，需要(Y = 1-Y0)                    texCoords.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                    texCoords.add(1f - Float.parseFloat(parts.nextToken()));                }                // 法向量                else if (type.equals(ObjLoaderUtil.VN)) {                    normals.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                    normals.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                    normals.add(Float.parseFloat(parts.nextToken()));                }                // 使用材质                else if (type.equals(ObjLoaderUtil.USEMTL)) {                    // 材质名称                    currMaterialName = parts.nextToken();                    if (currObjHasFaces) {                        // 添加到数组中                        objectList.add(currObjData);                        // 创建一个index对象                        currObjData = new ObjData();                        currObjHasFaces = false;                    }                    // 材质名称                    if (TextUtils.isEmpty(currMaterialName) == false && mtlMap != null) {                        currObjData.mtlData = mtlMap.get(currMaterialName);                    }                }                // "f"面属性  索引数组                else if (type.equals(F)) {                    // 当前obj对象有面数据                    currObjHasFaces = true;                    // 是否为矩形(android 均为三角形，这里暂时先忽略多边形的情况)                    boolean isQuad = numTokens == 5;                    int[] quadvids = new int[4];                    int[] quadtids = new int[4];                    int[] quadnids = new int[4];                    // 如果含有"//" 替换                    boolean emptyVt = line.indexOf("//") > -1;                    if (emptyVt) {                        line = line.replace("//", "/");                    }                    // "f 103/1/1 104/2/1 113/3/1"以" "分割                    parts = new StringTokenizer(line);                    // “f”                    parts.nextToken();                    // "103/1/1 104/2/1 113/3/1"再以"/"分割                    StringTokenizer subParts = new StringTokenizer(parts.nextToken(), "/");                    int partLength = subParts.countTokens();                    // 纹理数据                    boolean hasuv = partLength >= 2 && !emptyVt;                    // 法向量数据                    boolean hasn = partLength == 3 || (partLength == 2 && emptyVt);                    // 索引index                    int idx;                    for (int i = 1; i < numTokens; i++) {                        if (i > 1) {                            subParts = new StringTokenizer(parts.nextToken(), "/");                        }                        // 顶点索引                        idx = Integer.parseInt(subParts.nextToken());                        if (idx < 0) {                            idx = (vertices.size() / 3) + idx;                        } else {                            idx -= 1;                        }                        if (!isQuad) {                            currObjData.vertexIndices.add(idx);                        } else {                            quadvids[i - 1] = idx;                        }                        // 纹理索引                        if (hasuv) {                            idx = Integer.parseInt(subParts.nextToken());                            if (idx < 0) {                                idx = (texCoords.size() / 2) + idx;                            } else {                                idx -= 1;                            }                            if (!isQuad) {                                currObjData.texCoordIndices.add(idx);                            } else {                                quadtids[i - 1] = idx;                            }                        }                        // 法向量数据                        if (hasn) {                            idx = Integer.parseInt(subParts.nextToken());                            if (idx < 0) {                                idx = (normals.size() / 3) + idx;                            } else {                                idx -= 1;                            }                            if (!isQuad) {                                currObjData.normalIndices.add(idx);                            } else {                                quadnids[i - 1] = idx;                            }                        }                    }                    // 如果是多边形                    if (isQuad) {                        int[] indices = new int[]{0, 1, 2, 0, 2, 3};                        for (int i = 0; i < 6; ++i) {                            int index = indices[i];                            currObjData.vertexIndices.add(quadvids[index]);                            currObjData.texCoordIndices.add(quadtids[index]);                            currObjData.normalIndices.add(quadnids[index]);                        }                    }                }            }            //            buffer.close();            // 存在索引面数据，添加到index列表中            if (currObjHasFaces) {                // 添加到数组中                objectList.add(currObjData);            }        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            throw new Exception(e.getMessage(), e.getCause());        }        //###############################顶点、法向量、纹理一一对应#################################        // 循环索引对象列表        int numObjects = objectList.size();        for (int j = 0; j < numObjects; ++j) {            ObjData objData = objectList.get(j);            int i;            // 顶点数据 初始化            float[] aVertices = new float[objData.vertexIndices.size() * 3];            // 顶点纹理数据 初始化            float[] aTexCoords = new float[objData.texCoordIndices.size() * 2];            // 顶点法向量数据 初始化            float[] aNormals = new float[objData.normalIndices.size() * 3];            // 按照索引，重新组织顶点数据            for (i = 0; i < objData.vertexIndices.size(); ++i) {                // 顶点索引，三个一组做为一个三角形                int faceIndex = objData.vertexIndices.get(i) * 3;                int vertexIndex = i * 3;                try {                    // 按照索引，重新组织顶点数据                    aVertices[vertexIndex] = vertices.get(faceIndex);                    aVertices[vertexIndex + 1] = vertices.get(faceIndex + 1);                    aVertices[vertexIndex + 2] = vertices.get(faceIndex + 2);                } catch (Exception e) {                    e.printStackTrace();                }            }            // 按照索引组织 纹理数据            if (texCoords != null && texCoords.size() > 0) {                for (i = 0; i < objData.texCoordIndices.size(); ++i) {                    int texCoordIndex = objData.texCoordIndices.get(i) * 2;                    int ti = i * 2;                    aTexCoords[ti] = texCoords.get(texCoordIndex);                    aTexCoords[ti + 1] = texCoords.get(texCoordIndex + 1);                }            }            // 按照索引组织 法向量数据            for (i = 0; i < objData.normalIndices.size(); ++i) {                int normalIndex = objData.normalIndices.get(i) * 3;                int ni = i * 3;                if (normals.size() == 0) {                    throw new Exception("There are no normals specified for this model. Please re-export with normals.");                }                aNormals[ni] = normals.get(normalIndex);                aNormals[ni + 1] = normals.get(normalIndex + 1);                aNormals[ni + 2] = normals.get(normalIndex + 2);            }            // 数据设置到oid.targetObj中            objData.aVertices = aVertices;            objData.aTexCoords = aTexCoords;            objData.aNormals = aNormals;            //            if (objData.vertexIndices != null) {                objData.vertexIndices.clear();            }            if (objData.texCoordIndices != null) {                objData.texCoordIndices.clear();            }            if (objData.normalIndices != null) {                objData.normalIndices.clear();            }        }        return objectList;    }    //###################################################################################    /**     * obj需解析字段     */    // obj对应的材质文件    private static final String MTLLIB = "mtllib";    // 组名称    private static final String G = "g";    // o 对象名称(Object name)    private static final String O = "o";    // 顶点    private static final String V = "v";    // 纹理坐标    private static final String VT = "vt";    // 顶点法线    private static final String VN = "vn";    // 使用的材质    private static final String USEMTL = "usemtl";    // v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3(索引起始于1)    private static final String F = "f";    //###################################################################################    public static class ObjData {        // 对象名称        public String name;        // 材质        public MtlLoaderUtil.MtlData mtlData;        /**         * 顶点、纹理、法向量一一对应后的数据         */        public float[] aVertices;        // 顶点纹理可能会没有        public float[] aTexCoords;        public float[] aNormals;        /**         * index数组(顶点、纹理、法向量一一对应后，以下三个列表会清空)         */        // 顶点index数组        public ArrayList<Integer> vertexIndices = new ArrayList<Integer>();        // 纹理index数组        public ArrayList<Integer> texCoordIndices = new ArrayList<Integer>();        // 法向量index数组        public ArrayList<Integer> normalIndices = new ArrayList<Integer>();    }}

参考：

本文参考了Rajawali