algorithm - 将多个 .OBJ 索引缓冲区映射/折叠到 OpenGL 的第一个索引缓冲区

Question

我正在尝试加载 .obj 文件并借助 glDrawElements 绘制它.

现在，使用 glDrawArrays一切都完美无缺，但它——当然——效率低下。

我现在遇到的问题是，一个 .obj 文件使用多个索引缓冲区(针对每个属性)，而 OpenGL 可能只使用一个。所以我需要相应地映射它们。

有很多伪算法，我什至找到了一个 C++ 实现。我确实了解一些 C++，但奇怪的是，它们都没有帮助我在 Scala 中实现。

让我们看看:

private def parseObj(path: String): Model =
{
    val objSource: List[String] = Source.fromFile(path).getLines.toList

    val positions: List[Vector3] = objSource.filter(_.startsWith("v ")).map(_.split(" ")).map(v => new Vector3(v(1).toFloat,v(2).toFloat,v(3).toFloat))//, 1.0f))
    val normals: List[Vector4] = objSource.filter(_.startsWith("vn ")).map(_.split(" ")).map(v => new Vector4(v(1)toFloat,v(2).toFloat, v(3).toFloat, 0.0f))
    val textureCoordinates: List[Vector2] = objSource.filter(_.startsWith("vt ")).map(_.split(" ")).map(v => new Vector2(v(1).toFloat, 1-v(2).toFloat)) // TODO 1-y because of blender
    val faces: List[(Int, Int, Int)] = objSource.filter(_.startsWith("f ")).map(_.split(" ")).flatten.filterNot(_ == "f").map(_.split("/")).map(a => ((a(0).toInt, a(1).toInt, a(2).toInt)))

    val vertices: List[Vertex] =  for(face <- faces) yield(new Vertex(positions(face._1-1), textureCoordinates(face._2-1)))

    val f: List[(Vector3, Vector2, Vector4)] = for(face <- faces) yield((positions(face._1-1), textureCoordinates(face._2-1), normals(face._3-1)))
    println(f.mkString("\n"))

    val indices: List[Int] = faces.map(f => f._1-1) // Wrong!

    new Model(vertices.toArray, indices.toArray)
}

val indices: List[Int]是我第一个天真的方法，当然是错误的。但让我们从头开始:

我加载文件并浏览它。 (我假设您知道 .obj 文件是如何组成的)

我读入了顶点、纹理坐标和法线。然后我来到面孔。

现在，我示例中的每张脸都有 3 个值 v_x, t_y, n_z定义 vertexAtIndexX, textureCoordAtIndexY, normalAtIndexZ .因此，其中每一个都定义了一个顶点，而其中的三元组(或文件中的一行)定义了一个面/多边形/三角形。

在val vertices: List[Vertex] = for(face <- faces) yield(new Vertex(positions(face._1-1), textureCoordinates(face._2-1)))我实际上尝试创建顶点(一个案例类，目前只保存位置和纹理坐标，暂时忽略法线)

真正的问题是这一行:

val indices: List[Int] = faces.map(f => f._1-1) // Wrong!

为了获得真正的指数，我基本上需要这样做而不是

val vertices: List[Vertex] = for(face <- faces) yield(new Vertex(positions(face._1-1), textureCoordinates(face._2-1)))和 val indices: List[Int] = faces.map(f => f._1-1) // Wrong!

伪代码:

Iterate over all faces
    Iterate over all vertices in a face
       Check if we already have that combination of(position, texturecoordinate, normal) in our newVertices

       if(true)
          indices.put(indexOfCurrentVertex)
       else
          create a new Vertex from the face
          store the new vertex in the vertex list
          indices.put(indexOfNewVertex)

但我完全卡住了。我尝试过不同的方法，但无法想出一个真正有效的好而干净的解决方案。

比如:

val f: List[(Vector3, Vector2, Vector4)] = for(face <- faces) yield((positions(face._1-1), textureCoordinates(face._2-1), normals(face._3-1)))

并尝试 f.distinct不起作用，因为没有什么可区分的，那里的所有条目都是唯一的，如果我查看文件，这完全有意义，但这就是伪代码告诉我要检查的内容。

当然，然后我需要相应地填充索引(最好是在一行中并且具有很多功能美感)

但我应该尝试找到重复项，所以...我有点困惑。我想我把不同的“顶点”和“位置”与所有引用混在一起太多了。

所以，我的想法是错误的，还是算法/想法是正确的，我只需要用漂亮、干净(并且实际工作)的 Scala 代码来实现它？

请赐教!

根据评论，我做了一点更新:

var index: Int = 0
val map: mutable.HashMap[(Int, Int, Int), Int] = new mutable.HashMap[(Int, Int, Int), Int].empty

val combinedIndices: ListBuffer[Int] = new ListBuffer[Int]

for(face <- faces)
{
    val vID: Int = face._1-1
    val nID: Int = face._2-1
    val tID: Int = face._3-1

    var combinedIndex: Int = -1

    if(map.contains((vID, nID, tID)))
    {
        println("We have a duplicate, wow!")
        combinedIndex = map.get((vID, nID, tID)).get
    }
    else
    {
        combinedIndex = index
        map.put((vID, nID, tID), combinedIndex)
        index += 1
    }

    combinedIndices += combinedIndex
}

人脸还在的地方:

val faces: List[(Int, Int, Int)] = objSource.filter(_.startsWith("f ")).map(_.split(" ")).flatten.filterNot(_ == "f").map(_.split("/")).map(a => ((a(0).toInt, a(1).toInt, a(2).toInt)))

有趣的事实我显然仍然没有理解它，因为那样我就永远不会得到一个副本!

意思是combinedIndices最后只包含自然数，例如:

ListBuffer(0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, ...)

Answer 1

这是 javascript(抱歉不是 scala)，但它有注释并且应该很容易转换。

// bow-tie
var objString = "v 0 0 0\nv 1 1 0\nv 1 -1 0\nv -1 1 0\nv -1 -1 0\n" +
    "vt 0 .5\nvt 1 1\nvt 1 0\n" +
    "vn 0 0 1\n" +
    "f 1/1/1 2/2/1 3/3/1\nf 1/1/1 4/2/1 5/3/1";
// output indices should be [0, 1, 2, 0, 3, 4]
// parse the file
var lines = objString.split("\n");
var data = lines.map(function(line) { return line.split(" "); });
var v = [];
var t = [];
var n = [];
var f = [];
var indexMap = new Map(); // HashMap<face:string, index:integer>
var nextIndex = 0;
var vertices = [];
var indices = [];
// fill vertex, texture and normal arrays
data.filter(function(d) { return d[0] == "v"; }).forEach(function(d) { v.push([parseFloat(d[1]), parseFloat(d[2]), parseFloat(d[3])]); });
data.filter(function(d) { return d[0] == "vt"; }).forEach(function(d) { t.push([parseFloat(d[1]), parseFloat(d[2])]); });
data.filter(function(d) { return d[0] == "vn"; }).forEach(function(d) { n.push([parseFloat(d[1]), parseFloat(d[2]), parseFloat(d[3])]); });
//
console.log("V", v.toString());
console.log("T", t.toString());
console.log("N", n.toString());
// create vertices and indices arrays by parsing faces
data.filter(function(d) { return d[0] == "f"; }).forEach(function(d) { 
    var f1 = d[1].split("/").map(function(d) { return parseInt(d)-1; });
    var f2 = d[2].split("/").map(function(d) { return parseInt(d)-1; });
    var f3 = d[3].split("/").map(function(d) { return parseInt(d)-1; });
    // 1
    if(indexMap.has(d[1].toString())) {
        indices.push(indexMap.get(d[1].toString()));
    } else {
        vertices = vertices.concat(v[f1[0]]).concat(t[f1[1]]).concat(n[f1[2]]);
        indexMap.set(d[1].toString(), nextIndex);
        indices.push(nextIndex++);
    }
    // 2
    if(indexMap.has(d[2].toString())) {
        indices.push(indexMap.get(d[2].toString()));
    } else {
        vertices = vertices.concat(v[f2[0]]).concat(t[f2[1]]).concat(n[f2[2]]);
        indexMap.set(d[2].toString(), nextIndex);
        indices.push(nextIndex++);
    }
    // 3
    if(indexMap.has(d[3].toString())) {
        indices.push(indexMap.get(d[3].toString()));
    } else {
        vertices = vertices.concat(v[f3[0]]).concat(t[f3[1]]).concat(n[f3[2]]);
        indexMap.set(d[3].toString(), nextIndex);
        indices.push(nextIndex++);
    }
});
//
console.log("Vertices", vertices.toString());
console.log("Indices", indices.toString());

输出

V 0,0,0,1,1,0,1,-1,0,-1,1,0,-1,-1,0
T 0,0.5,1,1,1,0
N 0,0,1
Vertices 0,0,0,0,0.5,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,1,1,-1,0,1,0,0,0,1,-1,1,0,1,1,0,0,1,-1,-1,0,1,0,0,0,1
Indices 0,1,2,0,3,4

JSFiddle http://jsfiddle.net/8q7jLvsq/2

我做的唯一不同的事情是使用字符串 hat 表示面部的一部分作为我的 indexMap 的键(例如:“25/32/5”)。

编辑 JSFiddle http://jsfiddle.net/8q7jLvsq/2/这个版本结合了顶点、纹理和法线的重复值。这优化了重复相同值的 OBJ 文件，使每张脸都独一无二。

// bow-tie
var objString = "v 0 0 0\nv 1 1 0\nv 1 -1 0\nv 0 0 0\nv -1 1 0\nv -1 -1 0\n" +
    "vt 0 .5\nvt 1 1\nvt 1 0\nvt 0 .5\nvt 1 1\nvt 1 0\n" +
    "vn 0 0 1\nvn 0 0 1\nvn 0 0 1\nvn 0 0 1\nvn 0 0 1\nvn 0 0 1\n" +
    "f 1/1/1 2/2/2 3/3/3\nf 4/4/4 5/5/5 6/6/6";
// output indices should be [0, 1, 2, 0, 3, 4]
// parse the file
var lines = objString.split("\n");
var data = lines.map(function(line) { return line.split(" "); });
var v = [];
var t = [];
var n = [];
var f = [];
var vIndexMap = new Map(); // map to earliest index in the list
var vtIndexMap = new Map();
var vnIndexMap = new Map();
var indexMap = new Map(); // HashMap<face:string, index:integer>
var nextIndex = 0;
var vertices = [];
var indices = [];
// fill vertex, texture and normal arrays
data.filter(function(d) { return d[0] == "v"; }).forEach(function(d, i) { 
    v[i] = [parseFloat(d[1]), parseFloat(d[2]), parseFloat(d[3])]; 
    var key = [d[1], d[2], d[3]].toString();
    if(!vIndexMap.has(key)) {
        vIndexMap.set(key, i);
    }
});
data.filter(function(d) { return d[0] == "vt"; }).forEach(function(d, i) { 
    t[i] = [parseFloat(d[1]), parseFloat(d[2])]; 
    var key = [d[1], d[2]].toString();
    if(!vtIndexMap.has(key)) {
        vtIndexMap.set(key, i);
    }
});
data.filter(function(d) { return d[0] == "vn"; }).forEach(function(d, i) { 
    n[i] = [parseFloat(d[1]), parseFloat(d[2]), parseFloat(d[3])]; 
    var key = [d[1], d[2], d[3]].toString();
    if(!vnIndexMap.has(key)) {
        vnIndexMap.set(key, i);
    }
});
//
console.log("V", v.toString());
console.log("T", t.toString());
console.log("N", n.toString());
// create vertices and indices arrays by parsing faces
data.filter(function(d) { return d[0] == "f"; }).forEach(function(d) { 
    var f1 = d[1].split("/").map(function(d, i) {
        var index = parseInt(d)-1;
        if(i == 0) index = vIndexMap.get(v[index].toString());
        else if(i == 1) index = vtIndexMap.get(t[index].toString());
        else if(i == 2) index = vnIndexMap.get(n[index].toString());
        return index;
    });
    var f2 = d[2].split("/").map(function(d, i) { 
        var index = parseInt(d)-1;
        if(i == 0) index = vIndexMap.get(v[index].toString());
        else if(i == 1) index = vtIndexMap.get(t[index].toString());
        else if(i == 2) index = vnIndexMap.get(n[index].toString());
        return index;
    });
    var f3 = d[3].split("/").map(function(d, i) { 
        var index = parseInt(d)-1;
        if(i == 0) index = vIndexMap.get(v[index].toString());
        else if(i == 1) index = vtIndexMap.get(t[index].toString());
        else if(i == 2) index = vnIndexMap.get(n[index].toString());
        return index; 
    });
    // 1
    if(indexMap.has(f1.toString())) {
        indices.push(indexMap.get(f1.toString()));
    } else {
        vertices = vertices.concat(v[f1[0]]).concat(t[f1[1]]).concat(n[f1[2]]);
        indexMap.set(f1.toString(), nextIndex);
        indices.push(nextIndex++);
    }
    // 2
    if(indexMap.has(f2.toString())) {
        indices.push(indexMap.get(f2.toString()));
    } else {
        vertices = vertices.concat(v[f2[0]]).concat(t[f2[1]]).concat(n[f2[2]]);
        indexMap.set(f2.toString(), nextIndex);
        indices.push(nextIndex++);
    }
    // 3
    if(indexMap.has(f3.toString())) {
        indices.push(indexMap.get(f3.toString()));
    } else {
        vertices = vertices.concat(v[f3[0]]).concat(t[f3[1]]).concat(n[f3[2]]);
        indexMap.set(f3.toString(), nextIndex);
        indices.push(nextIndex++);
    }
});
//
console.log("Vertices", vertices.toString());
console.log("Indices", indices.toString());