如何在 OpenGL 中加载和渲染可能包含三角形、四边形或 N-Gons 的 OBJ 文件？

Question

我有以下 c++ 代码来加载目标文件，至少是顶点和顶点索引。

 bool ObjMeshImporter::from_file(const std::string& filepath, nelems::Mesh* pMesh)
  {
    std::ifstream in(filepath, std::ios::in);
    if (!in)
    {
      return false;
    }

    std::vector<glm::vec3> t_vert;

    std::string line;
    while (std::getline(in, line))
    {
      if (line.substr(0, 2) == "v ")
      {
        // read vertices
        std::istringstream s(line.substr(2));
        glm::vec3 v; s >> v.x; s >> v.y; s >> v.z;

        // Add to temporary vertices before indexing
        t_vert.push_back(v);
      }
      else if (line.substr(0, 2) == "f ")
      {
        // TODO: Store UVs and Normals
        unsigned int vertexIndex[3], uvIndex[3], normalIndex[3];
        int count_found = sscanf_s(line.substr(2).c_str(), 
          "%d/%d/%d %d/%d/%d %d/%d/%d\n", 
          &vertexIndex[0], &uvIndex[0], &normalIndex[0], 
          &vertexIndex[1], &uvIndex[1], &normalIndex[1], 
          &vertexIndex[2], &uvIndex[2], &normalIndex[2]);

        if (count_found != 9) {
          return false;
        }

        pMesh->add_vertex_index(vertexIndex[0]-1);
        pMesh->add_vertex_index(vertexIndex[1]-1);
        pMesh->add_vertex_index(vertexIndex[2]-1);

      }
    }

    // Now use the indices to create the concrete vertices for the mesh
    for (auto v_idx : pMesh->GetVertexIndices())
    {
      glm::vec3 vertex = t_vert[v_idx];
      pMesh->add_vertex(vertex);
    }
    return true;
  }

它对于像这样的对象（Blender icosphere）非常有效：

这个模型是由三角形组成的。

但是当我加载一个有四边形的时，它不起作用：

当然，因为这是我的面部渲染方法：

glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, (GLsizei)mVertexIndices.size());

所以我知道，我必须扩展解析器，并为“f”中的每一行检查我有多少索引，最好存储一个 VFace 类，它知道一个面由多少个顶点组成 - 好的.

所以我会将带有 tris 的面渲染为 GL_TRIANGLE，将带有四边形的面渲染为 GL_QUADS...但是 NGONS 呢？以及如何渲染线条？

编辑：我看到有 GL_POLYGON。但是我必须为这些创建单独的顶点缓冲区吗？

Answer 1

不，我想用三角形、四边形或 ngons 渲染面。

我认为这个问题没有合理的解决方案。 现代图形硬件仅渲染 3 种类型的图元：点、线段和三角形。所以直接的答案是你必须从任何非三角形几何体（quads、n-polygons、B-Spline > 曲面、分析曲面等）。这可以通过您自己的代码或使用现有库来完成（后者是首选，因为分割多边形并不是那么简单——我已经看到几个实现通常工作，但在某些 OBJ 文件的一个或另一个用例中失败）。

现代硬件仅在三角形上运行是有充分理由的 - 它们可用于渲染任何其他几何图形，它们完全并行化（与元素中节点数量可变的几何图形相比），这使得硬件更简单。

以下是在 OpenGL 中使用 cmets 渲染非三角形的一些方法：

• GL_QUADS。 已弃用，自 OpenGL 3.0 起。不过应该注意的是，根据various publications 和讨论，至少 NVIDIA 和可能的 AMD 硬件实际上仍然对这些原语提供硬件加速支持。您将需要两个不同的绘制通道来渲染与四边形混合的三角形（例如，每种基本类型的拆分索引，尽管您可能仍然共享公共顶点缓冲区）。如果您曾经在应用程序中使用过GL_QUADS，您可能还会注意到传递给图形硬件的非平面四边形被拆分为三角形，并且不同的 GPU 供应商以不同的顺序执行此操作（例如生成不同的三角形对）。

• GL_POLYGON。自 OpenGL 3.0 起也已弃用。这个原语在 OpenGL 中存在，当时顶点处理不是由图形硬件完成，而是由 CPU 完成。所以这个可能从来没有任何真正的硬件加速——OpenGL驱动程序只是以一种缓慢而低效的方式将多边形分割成三角形。 GL_POLYGON 对 OBJ 文件几乎无用还有另一个原因 - GL_POLYGON 仅适用于 凸 多边形（可以简单地拆分为三角形），而 OBJ 文件通常包含 concave强>多边形。您可能会在 Internet 上找到一些要求多边形凸面的 OBJ 规范，而另一些则根本不指定多边形细节 - 但实际上您不能忽略这一点，因为现实世界的 OBJ 文件确实具有复杂的多边形（只要您关心读取任意文件） .

• GL_PATCHES 代表 Tessellation Shaders。这些是为固定大小的补丁的硬件加速三角测量而设计的，这是一种用于显示平滑表面的强大机制。然而，这些与 OBJ 文件中的 n 多边形无关，因为为曲面细分着色器定义几何图形需要遵循非常不同的模式。

• Geometry Shaders 的邻接原语。像GL_TRIANGLES_ADJACENCY 这样的基元提供了关于三角形周围的附加信息，但它们也与 OBJ 文件中的 n 多边形没有直接关系。与镶嵌着色器不同，几何着色器允许激发具有任意指定节点位置的可变数量的新三角形。这在技术上允许在几何着色器中生成任意 n 多边形分割成三角形。尽管要实现这一点，几何数据必须不是在主顶点数据中提供，而是通过附加结构（如 TBO 或类似结构）提供。实际上，这种方法实施起来毫无意义（只要您不进行一些研究），因为几何着色器被证明对于类似曲面细分的任务非常低效，导致非常性能非常差。

• 计算着色器。这些可以用于任意任务，包括使用自定义数据结构将多边形分割成三角形和/或渲染它们，但这不太可能是渲染多边形的可靠方法 - 也是研究主题而不是实际解决方案。

  李>