c++ - 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;
  }

对于像这样的对象(Blender icosphere)来说，它的效果很好:



该模型由三角形制成。

但是，当我加载具有四边形的那个时，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”中的每一行检查我获得了多少个索引，最好是存储一个VFace类，该类知道一张面由多少个顶点组成-好的。

因此，我将使用Tris的面部渲染为GL_TRIANGLE，将使用Quads的面部渲染为GL_QUADS ...但是NGONS呢？还有如何渲染线条？

编辑:我看到有GL_POLYGON。但是我是否必须为此创建单独的顶点缓冲区？

Answer 1

No, I want to render faces with triangles, quads or ngons.

我相信这个问题没有合理的解决方案。
现代图形硬件仅呈现三种类型的图元: 点， 线段和 三角形。因此，直接的答案是您必须从任何非三角形几何形状的汤中生成三角剖分( quads ， n多边形， B样条曲线曲面，分析曲面等)。这可以通过您自己的代码或使用现有的库来完成(后者是首选，因为分割多边形并不是那么简单-我已经看到了几种实现一般的方法，但是在某些OBJ文件中出现一种或另一种用例失败)。

有充分的理由说明为什么现代硬件只能在三角形上运行-它们可以用于渲染任何其他几何图形，它们可以完美地并行化(与元素中具有可变节点数的几何图形相比)，这使硬件更简单。

以下是在带有注释的OpenGL中渲染非三角形的一些方法:

GL_QUADS。 自OpenGL 3.0起已弃用。但是，应该注意的是，根据various publications和讨论，至少NVIDIA和AMD硬件实际上仍然对这些原语具有硬件加速的支持。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，每种基本类型的分割索引，尽管您可能仍共享公共(public)的顶点缓冲区)。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方分割成三角形，并且不同的GPU供应商以不同的顺序进行操作(例如产生不同的三角形对)。

GL_POLYGON。还从OpenGL 3.0开始不推荐使用。这种原语早在OpenGL中就已存在，当时顶点处理不是通过图形硬件而是通过CPU完成的。因此，这一驱动程序可能从来没有任何真正的硬件加速功能-OpenGL驱动程序只是以缓慢而低效的方式将多边形拆分为三角形。 GL_POLYGON实际上对OBJ文件无用的另一个原因是-GL_POLYGON仅用于凸多边形(通常可拆分为三角形)，而OBJ文件通常包含 concave 多边形。您可能会在互联网上找到某些OBJ规范，要求多边形是凸的，而其他规范根本没有指定多边形的详细信息-但实际上，您不能忽略这一点，因为实际的OBJ文件确实具有复杂的多边形(只要您关心读取任意文件) 。

的

GL_PATCHES Tessellation Shaders 。这些设计用于固定大小的补丁的硬件加速三角剖分，这是显示平滑表面的强大机制。但是，这些与OBJ文件中的n多边形无关，因为定义镶嵌着色器的几何形状需要遵循非常不同的图案。

的相邻原语Geometry Shaders 。诸如GL_TRIANGLES_ADJACENCY之类的图元提供了有关三角形周围环境的其他信息，但它们也与OBJ文件中的n多边形没有直接关系。与Tesselation着色器不同，Geometry Shader允许使用任意指定的节点位置激发可变数量的新三角形。从技术上讲，这允许在Geometry Shader中生成任意的n多边形，这些多边形被分成多个三角形。尽管要实现这一点，但几何数据必须不提供在主顶点数据内，而应提供其他结构(如TBO或类似结构)。实际上，这种方法没有任何意义(只要您不做任何研究即可)，因为事实证明，几何着色器对于类似细分的任务效率很低，导致性能很差。

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-也是研究的主题，而不是实际的解决方案。