Mac下OpenGL环境搭建以及OpenGL解析渲染OBJ模型

一、MAC上OpenGL环境搭建方法

参考文章：http://my.oschina.net/rockbaby/blog/102732

Mac下搭建OpenGL环境很简单，建立一个Command Line Tool的 Xcode Application工程，引入OpenGL.framework和GLUT.framework两个框架，即可，GLUT是mac自带的一个窗口库，可以直接引入使用。

Mac OS X下，头文件引用一般是：
#include
#include
#include

1.创建Xcode工程：

2.引入OpenGL.framework和GLUT.framework两个框架：

3.修改main.cpp为如下代码简单测试环境：

//
//  main.cpp
//  OpenGLDemo
//
//  Created by 919575700@qq.com on 16/4/24.
//  Copyright © 2016年 Jiangxh. All rights reserved.
//
#include  // GLUT窗口库

// 自定义一个绘制函数
void display()
{
    // 清空
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
    // 开始绘制一个多边形
    glBegin(GL_POLYGON);
    // 多边形的顶点（三角形）
    glVertex2f(-0.5, -0.5);
    glVertex2f(0, 0.5);
    glVertex2f(0.5, -0.5);
    //绘制结束
    glEnd();
    glFlush();
}

// 程序入口
int main(int argc, char ** argv)
{
    //窗口初始化
    glutInit(&argc, argv);
    //创建一个名为Demo的窗口
    glutCreateWindow("Demo");
    //绘图函数
    glutDisplayFunc(display);
    glutMainLoop();
}

二、在Mac中解析OBJ模型：

创建好Xcode中的OpenGL工程之后，在工程内新建一个名为Model的cpp文件，用于定义OBJ中的数据结构，然后在main.cpp中进行解析和渲染，注意待解析的OBJ模型文件要放在和exe可执行文件相同的目录下，而不是放在和main.cpp相同的目录下。

模型的定义和解析代码如下，这里暂时主要只考虑顶点，法线和纹理在后面继续深入做，先将模型解析绘制出来：

//
//  Model.cpp
//  OpenGLDemo
//
//  Created by 919575700@qq.com on 16/5/31.
//  Copyright © 2016年 Jiangxh. All rights reserved.
//
#include 
#include "Model.hpp"

// 顶点的数据结构
struct Vertex {
    GLfloat x;
    GLfloat y;
    GLfloat z;
};

// 顶点法线的数据结构
struct VertexN {
    GLfloat x;
    GLfloat y;
    GLfloat z;
};

//纹理坐标的数据结构
struct VertexT {
    GLfloat x;
    GLfloat y;
};

// 面结点的数据结构
struct FaceNode {
    int v;   //顶点索引
    int vn;  //顶点法线
    int vt;  //顶点纹理坐标索引
};

// 面图元
struct Face {
    FaceNode node[5];//表示图元最多五个顶点
};

//
//  main.cpp
//  OpenGLDemo
//
//  Created by 919575700@qq.com on 16/4/24.
//  Copyright © 2016年 Jiangxh. All rights reserved.
//
#include  // GLUT窗口库
#include 
#include 
#include 
#include 
#include "Model.cpp"

using namespace std;

int count_v=0; //记录点的数量
int count_vn=0;//记录法线的数量
int count_f=0; //记录面的数量
int face;      //手动指定模型图元的顶点数,在顶点数不同的多种图元混合的情况下不适用
Vertex *vContainer;   //存放顶点的数组
VertexN *vnContainer;  //存放法线的数组
Face *fContainer;  //存放面的数组

string dataName;               //前缀,用于输入流缓冲
GLfloat data2,data3,data4;     //数据,用于输入流缓冲
/**
 * 计算文件的行数,顶点个数、法线个数、面的数量
 */
int countFileData(string fileName){
    int count = 0;//统计函数计数器
    string oneLine;
    ifstream infile(fileName.c_str());
    while (getline(infile, oneLine)) {
        if(oneLine[0] == 'f'){
            count_f ++;//面数量增加
        }
        if(oneLine[0] == 'v'){
            if (oneLine[1] == 'n') {
                count_vn ++;//法线数量增加
            }else{
                count_v ++;//顶点数量增加
            }
        }
        count++;//行数更新
    }
    return count;
}
/**
 * 将文件内容读到数组中去
 */
 void analyseFile(string fileName)
 {
     // 动态数组初始化
     vCOntainer= new Vertex[count_v];
     vnCOntainer= new VertexN[count_vn];
     fCOntainer= new Face[count_f];

     // 读取obj文本文件
     string oneLine;//每一行
     ifstream infile(fileName.c_str());
     // 法线、顶点、面的数组下标指针
     int vn_index=0,v_index=0,f_index=0;
     // 循环读取每一行
     while(getline(infile,oneLine)) {
         // f读取面:顶点索引/法线索引/纹理索引
         if(oneLine[0]=='f') {
             istringstream streamIn1(oneLine);
             GLfloat a;
             streamIn1>>dataName;//去掉前缀f
             int i,k;
             for(i=0;i                 streamIn1>>dataName;
                 cout<                 
                 // 1.取得顶点索引
                 a=0;
                 
                 for(k=0;dataName[k]!='/'&&dataName[k]!='\0';k++) {
                     char tmp = dataName[k];
                     a=a*10+(dataName[k]-48);
                 }
                 fContainer[f_index].node[i].v = a;
                 // 判断是否有法线索引
                 if (dataName[k] != '/')
                     continue;
                 // 2.法线索引
                 a=0;
                 for(k=k+1;dataName[k]!='/'&&dataName[k]!='\0';k++) {
                     a=a*10+(dataName[k]-48);
                 }
                 fContainer[f_index].node[i].vn = a;
                 // 判断是否有纹理坐标索引
                 if (dataName[k] != '/')
                     continue;
                 // 3.纹理坐标索引
                 //... ...
             }
             f_index++;
         }
         // 顶点和顶点法线
         if(oneLine[0]=='v'){
             //vn法线
             if(oneLine[1]=='n'){
                 istringstream streamIn2(oneLine);
                 streamIn2>>dataName>>data2>>data3>>data4;
                 vnContainer[vn_index].x = data2;
                 vnContainer[vn_index].y = data3;
                 vnContainer[vn_index].z = data4;
                 vn_index++;
             }
             //v顶点
             else{
                 istringstream streamIn2(oneLine);
                 streamIn2>>dataName>>data2>>data3>>data4;
                 vContainer[v_index].x = data2;
                 vContainer[v_index].y = data3;
                 vContainer[v_index].z = data4;
                 v_index++;
             }
         }
     }
 }

 // 绘制函数
 void display()
 {
     //清空缓存
     glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
     //基本图形变换：
     // sheos：
     //缩放变换
     glScalef(4.0, 4.0, 4.0);
     //旋转变换
     glRotatef(15.0, 0.0, 1.0, 0.0);
     glRotatef(15.0, 1.0, 0.0, 0.0);
     //平移变换
     glTranslatef(0.01, 0.0, 0.0);
     
     //绘制模型
     for (int i=0;i     {
         glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
         glBegin(GL_POLYGON);//绘制三角形
         glColor3f(0, 1.0, 0);//红色顶点
         for (int f = 0; f             //1.顶点索引
             int v_index = fContainer[i].node[f].v-1;
             //绘制多边形的顶点
             glVertex3f(vContainer[v_index].x, vContainer[v_index].y, vContainer[v_index].z);
             
             //2.法线索引
             //int vn_index = fContainer[i].node[f].vn-1;
             //法线
             //glNormal3f(vnContainer[vn_index].x, vnContainer[vn_index].y, vnContainer[vn_index].z);
             
             //3.纹理坐标
             // ...
         }
         glEnd();
         
     }
     glFlush();
 }
 
 // 程序入口
 int main(int argc, char ** argv)
 {
     // 文件名
     string obj = "shoes.obj";// hero.obj earring.obj base.obj shoes.obj
     //指定模型图元的顶点数
     face = 4;
     // 统计模型的数据信息
     int count = countFileData(obj);
     cout<<"行数："<     // 解析模型
     analyseFile(obj);
     
     // 窗口初始化
     glutInit(&argc, argv);
     // 创建一个名为Demo的窗口
     glutCreateWindow("Demo");
     // 重新设置窗口尺寸
     glutReshapeWindow(800, 900);
     // 绘图
     glutDisplayFunc(display);
     glutMainLoop();
 }

原模型和解析绘制后的效果图：

模型解析分析：

目前常用的3D游戏模型制作软件有Autodesk、3D Max、Maya等，发布的模型格式主要有OBJ、FBX、3DMAX、3DS、DAE等等，这些模型在Unity等游戏引擎中可直接导入使用，但在OpenGL和DirectX等底层图形库游戏开发中无法直接导入游戏模型，需要自行解析模型数据并在工程中渲染，然后进行游戏开发。

3d模型实际上是一组数据的集合，模型的解析即读取模型对应的数据并存储，然后使用模型的数据在OpenGL或DirectX等环境下进行渲染实现模型的导入。3d模型的数据主要有顶点、法线、纹理坐标和材质使用信息等。

OBJ格式模型的数据解析：

OBJ是一种相对比较简单的3d模型格式，模型的数据信息存储在纯文本中，文本中每一行的前缀来表示不同的模型信息，如：v表示一个顶点信息，vn表示一个法线向量，vt表示一个纹理坐标，f表示一个表面(Face)等等。

以txt文本格式打开OBJ文件主要的数据结构如下：

# shoesmodel of obj

mtllibShoes.mtl

v  -0.05285700 0.00798800  0.01245100

v  -0.05282500 0.00817000  0.01213000

v  -0.05277400 0.00778700  0.01288200

… …

vt  0.08394933 0.14489396

vt  0.08082559 0.13294736

vt  0.07834940 0.13951986

… …

vn  0.03609800 -0.97871298 -0.20203599

vn  0.01273200 -0.96863198 -0.24817400

vn  -0.00367100 -0.96895701 -0.24720199

… …

f  4719/1517/3599  4828/1511/4279  4806/1512/2612

f  4806/1512/2612  4828/1511/4279  4915/1513/1861

f  4915/1513/1861  4828/1511/4279  4827/1542/1863

… …

(1) #表示注释，可忽略；

(2) mtllib用来指明模型的材质；

(3) v表示顶点，对应x,y,z三个坐标轴上的坐标值；

(4) vt表示纹理贴图的坐标；

(5) vn表示顶点法线，用于确定光照方向；

(6) f表示平面图元，一般每一行对应三组数据，表示基本图元为三角形，如果四组数据表示基本图元为四边形，以此类推，也存在两种以上图元混合的情况。每一组数据对应三个数据，分别为：顶点索引、顶点法线索引、纹理贴图索引，用’/’分隔开，其中法线索引和纹理贴图索引可缺省。通过索引可以搜索到上面对应的顶点坐标、顶点法线和纹理贴图坐标，如此表示可以减少顶点等数据的重复表示，大大节省空间。

OBJ模型的解析即调用文件流读取OBJ文件中的文本信息，将顶点、顶点法线、面、顶点索引、顶点法线索引等数据信息分离开并封装保存到程序中。这里定义相应的数据结构，保存顶点、法线等数据信息，使用函数统计模型中顶点、法线、面等元素的数量，之后使用C++的指针定义动态数组作为不同数据的存储容器，存储从模型解析的数据，用于模型的绘制和渲染。

根据解析后的数据，可得到每个多边形图元对应的顶点坐标以及对应顶点法线向量，使用OpenGL绘制出所有的多边形图元即可将模型绘制出来，通过基本的图形变换调整绘制出的模型的位置使其显示在窗口中。

三、模型Texture材质贴图的添加

。。。 。。。

四、模型的光照着色渲染

。。。。。。

OpenGL WIKI:https://www.opengl.org/wiki/Main_Page