深入了解.obj文件

一、.obj文件简介

OBJ文件是一种包含三维几何体信息的文件格式，它包括物体的位置、法线、纹理坐标和面信息。该格式最初是由AutoCAD创建的，现在被广泛用于3D图形应用程序中

OBJ文件是一种包含模型和材质数据的文本文件，其结构非常简单：文件头信息、顶点和法线、纹理坐标、面等。在OBJ文件中，每行都表示一个参数，用空格或者制表符分隔。这使得它成为一种简单、通用的格式，因为几乎任何3D图形软件都能读取和写入OBJ格式。因此，OBJ文件成为了3D图形软件间通用的桥梁。

二、.obj文件的结构

OBJ文件的结构由一系列的组成部分组成：

1.文件头

OBJ文件格式的第一行通常是格式说明。在这一行中，#代表注释（注释应该位于该行的开头），后面可以跟着一些数字或字母代表该文件的格式版本、作者等信息。

# This is a Wavefront OBJ file
# File created by Blender

2.顶点和法线

OBJ文件保存的每个物体顶点都以”v”开头的一行开始，后面跟着xyz三个浮点数表示三维位置坐标。此外，以”vn”开头的行代表了每个顶点的法向量。

# Vertex coordinates
v 0.0 0.0 0.0
v 1.0 0.0 0.0
v 0.0 1.0 0.0
vn 0.0 0.0 1.0
vn 0.0 0.0 1.0
vn 0.0 0.0 1.0

3.纹理坐标

使用”vt”开头的行表示每个顶点的纹理坐标。纹理坐标通常是二维的，以u,v两个浮点数表示。

# Texture coordinates
vt 0.0 0.0
vt 1.0 0.0
vt 0.0 1.0

4.面

面的定义以”f”开头的一行开始，后跟一系列整数表示该面顶点的索引号。索引号指向前面定义的顶点列表和纹理坐标列表。面的定义可以使用两种不同的格式表示：单个面和多重面。单个面只包含三个顶点，多重面可以包含任意数量的顶点。

# Face definitions
f 1/1/1 2/2/2 3/3/3
f 1/1/1 3/3/3 4/4/4

5.材质和组

OBJ文件格式还支持材质和组。使用”mtllib”定义材质库，使用”usemtl”定义使用材质，使用”g”定义物体组。

# Material definitions
mtllib example.mtl
usemtl red
usemtl green

# Object groups
g object1
g object2

三、示例代码

下面是一个读取并打印OBJ文件的C++函数示例：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct Vec3 {
    float x, y, z;
};

struct Vec2 {
    float u, v;
};

struct TriangleIndex {
    int vertexIdx[3];
    int normalIdx[3];
    int texIdx[3];
};

std::vector vertices;
std::vector normals;
std::vector texCoords;
std::vector indices;

void loadObj(const std::string& filename) {
    std::ifstream file(filename);

    std::string line;

    while (std::getline(file, line)) {
        std::istringstream iss(line);

        char c;
        if (!(iss >> c))
            continue;

        switch (c) {
            case 'v':
                if (iss.peek() == 'n') {
                    Vec3 normal;
                    iss >> c;
                    iss >> normal.x;
                    iss >> normal.y;
                    iss >> normal.z;
                    normals.push_back(normal);
                } else if (iss.peek() == 't') {
                    Vec2 texCoord;
                    iss >> c;
                    iss >> texCoord.u;
                    iss >> texCoord.v;
                    texCoords.push_back(texCoord);
                } else {
                    Vec3 vertex;
                    iss >> vertex.x;
                    iss >> vertex.y;
                    iss >> vertex.z;
                    vertices.push_back(vertex);
                }
                break;

            case 'f': {
                TriangleIndex index;

                for (int i = 0; i > index.vertexIdx[i];
                    if (iss.peek() == '/') {
                        iss.ignore();
                        if (iss.peek() != '/') {
                            iss >> index.texIdx[i];
                        }
                        if (iss.peek() == '/') {
                            iss.ignore();
                            iss >> index.normalIdx[i];
                        }
                    }
                }

                indices.push_back(index);

                break;
            }
        }
    }
}

int main() {
    std::string filename = "example.obj";

    loadObj(filename);

    printf("Vertices:\n");
    for (const auto& v : vertices) {
        printf("%f %f %f\n", v.x, v.y, v.z);
    }

    printf("Normals:\n");
    for (const auto& n : normals) {
        printf("%f %f %f\n", n.x, n.y, n.z);
    }

    printf("Texture coordinates:\n");
    for (const auto& t : texCoords) {
        printf("%f %f\n", t.u, t.v);
    }

    printf("Faces:\n");
    for (const auto& i : indices) {
        printf("%d/%d/%d %d/%d/%d %d/%d/%d\n", i.vertexIdx[0], i.texIdx[0], i.normalIdx[0],
            i.vertexIdx[1], i.texIdx[1], i.normalIdx[1],
            i.vertexIdx[2], i.texIdx[2], i.normalIdx[2]);
    }

    return 0;
}