深入了解.obj文件

一、.obj文件簡介

OBJ文件是一種包含三維幾何體信息的文件格式，它包括物體的位置、法線、紋理坐標和面信息。該格式最初是由AutoCAD創建的，現在被廣泛用於3D圖形應用程序中

OBJ文件是一種包含模型和材質數據的文本文件，其結構非常簡單：文件頭信息、頂點和法線、紋理坐標、面等。在OBJ文件中，每行都表示一個參數，用空格或者製表符分隔。這使得它成為一種簡單、通用的格式，因為幾乎任何3D圖形軟件都能讀取和寫入OBJ格式。因此，OBJ文件成為了3D圖形軟件間通用的橋樑。

二、.obj文件的結構

OBJ文件的結構由一系列的組成部分組成：

1.文件頭

OBJ文件格式的第一行通常是格式說明。在這一行中，#代表注釋（注釋應該位於該行的開頭），後面可以跟着一些數字或字母代表該文件的格式版本、作者等信息。

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

2.頂點和法線

OBJ文件保存的每個物體頂點都以”v”開頭的一行開始，後面跟着xyz三個浮點數表示三維位置坐標。此外，以”vn”開頭的行代表了每個頂點的法向量。

# 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.紋理坐標

使用”vt”開頭的行表示每個頂點的紋理坐標。紋理坐標通常是二維的，以u,v兩個浮點數表示。

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

4.面

面的定義以”f”開頭的一行開始，後跟一系列整數表示該面頂點的索引號。索引號指向前面定義的頂點列表和紋理坐標列表。面的定義可以使用兩種不同的格式表示：單個面和多重面。單個面只包含三個頂點，多重面可以包含任意數量的頂點。

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

5.材質和組

OBJ文件格式還支持材質和組。使用”mtllib”定義材質庫，使用”usemtl”定義使用材質，使用”g”定義物體組。

# Material definitions
mtllib example.mtl
usemtl red
usemtl green

# Object groups
g object1
g object2

三、示例代碼

下面是一個讀取並打印OBJ文件的C++函數示例：

#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;
}