武警工程大学 汪永刚

1.前言

OpenGL（开放图形库）作为一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，基于OpenGL开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植。OpenGL的功能包括：建模、变换、颜色模式设置、纹理映射、位图显示以及双缓存动画等，而且借助Windows编程环境可以方便地对所构模型的人机交互进行控制。由于其开放性和高度重用性，OpenGL已经成为业界标准[1]。

虽然OpenGL提供了一些建立形体模型的命令，但OpenGL并没有提供更为复杂的三维模型的高级命令。在这种情况下，如果完全通过基本的几何图元—点、线、多边形来构建模型，势必十分困难；另一方面，由于3D图形技术的发展，形成了非常多的3D建模软件，这些软件建模一般比较方便，但又难以对其进行控制和交互。因此，如何有效地利用这些资源，对于快速开发可视化系统具有非常重要的意义。

作者在本文中对两种流行的三维模型文件的文件格式进行了介绍，并通过程序实现了文件的读取。把这些文件转换成OpenGL程序，再对其进行控制和交互操作。

2.3DS文件的输入和处理

3D Studio Max是Autodesk公司开发的用于制作三维动画的应用程序，它所生成的图形文件格式是3DS文件格式。该软件建模方便，且功能强大。因此，可以利用3D Studio Max对构建可视化系统提供重要帮助。这里介绍一种将3DS文件转换成OpenGL文件的简单方法。

这种转换需要使用一个工具View3DS.exe(网上可下载)。转换时将3DS文件拖到View3DS上，将弹出一个窗口，在窗口中会显示需要转换的3DS模型。在窗口上单击鼠标左键，会弹出一个菜单，选择Export OpenGL CCode菜单项，将会在当前目录中生成OpenGL程序，包括与模型名相同的.h和.gl二个文件[2]。

生成C代码后，将模型的.h和.gl文件拷贝到当前建立的工程目录中，并在初始化部分加入以下代码：

Model=GL3DS_initialize_modelName()；

ModelName是指对应于3DS模型的名称，上面函数定义在生成的模型.h文件中。该函数运用了显示列表的技术，可以提高显示的速度。在模型绘制文件的开始部分，加入如下代码：

#include“modelName.h”

最后，在绘制模型部分加入glCallList(Model)，用OpenGL显示列表技术实现图形的显示和重现。

3.OBJ文件的输入和处理

OBJ文件是Alias/Wavefront公司开发的三维软件Maya的一种数据输出类型，它定义了对象的几何和其它的一些特性。由于它的文件结构非常简单，所以适合在应用程序中读取或进行3D文件格式转换[3]。

3.1 OBJ文件格式

OBJ文件既可以定义多边形模型，也可以定义自由曲面模型。多边形模型就是可以用点、线、面等基本元素构造的模型，而自由曲面模型是指使用参数曲面造型定义的模型。下面是某个OBJ文件的一部分

v-0.7081257-0.08592043-0.19173051

v-0.7081257-0.11188304-0.19173063

v-0.7081257-0.0989018-0.19266948

……

vn-0.01888834-0.65014-0.7556138

vn-0.017401185-0.52368283-0.8475712

vn-0.2399254-0.961792-0.075679004

从上面可以看出，OBJ文件由文本行组成，每一行文本都是由一个关键字开头，紧跟着后面是该关键字所表示含义的具体参数。例如，以“vn”开头表示该行描述一个顶点法向量信息，后面一定会跟三个Double型的具体参数，分别描述该顶点法向量的三维坐标信息表1列出了OBJ文件中主要的关键字及其具体含义[4]。

表1 OBJ文件的关键字及其含义

顶点数据类型主要提供模型的以下参数：

(1)顶点的几何坐标(v x y z w)；

(2)顶点的纹理坐标(vt u v w)；

(3)顶点的法向量(vn I j k)；

(4)空间参数点的坐标(vp u v w)。

在OBJ文件中，点的坐标的确定是右手坐标系。

定义一个多边形的语法如下：

fv/vt/vn v/vt/vn v/vt/vn…，其中省略号部分表示可以定义任意多边的多边形。其中v表示顶点的几何坐标；vt表示顶点的纹理坐标；vn表示顶点的法向量，每个元素之间需用“/”符号隔开。例如，可用以下语句定义一个四边形：f1/1/1 2/2/2 3/3/3 4/4/4。如果只有顶点坐标和法向量坐标(不含纹理坐标)，那就应该使用“//”将坐标隔开。例如只定义顶点坐标和法向量坐标的一个四边形：f1//1 2//2 3//3 4//4。

3.2 OBJ文件的输入处理

了解了OBJ文件的结构后，为了能在程序中读入模型，需要建立对应的模型数据结构。

程序中首先定义了OBJ文件对应的结构体，如对象顶点的结构体、材质描述结构体和总的模型描述结构体等。代码如下：

程序中定义了一个全局变量：ModelContext*model。又实现了一个类，将OBJ文件的内容读入到全局变量中。在该类中定义了一些读入函数

void readLineData(char*FileName)；//读入线数据

void readObjData(char*FileName)；//读其它对象数据

FILE* fileOpen(const char* filename，constchar*model)；//打开文件

获取了全局变量后，就可以在视图类中绘制所得到的对象模型，然后对模型进行操作和交互式处理。

4.小结

本文简要介绍了3DS和OBJ两种3D文件格式在OpenGL中的输入和处理方法。现在3D文件资源十分丰富，要充分利用这些资源，文件格式的转换具有十分重要的意义。在转换为OpenGL程序后，就可以利用OpenGL的强大功能来进行三维分析和交互操作，其成果可以适用于地形建模、城市规划以及虚拟现实等许多领域。

[1]郭景,雷鸣.3DSMAX模型在OpenGL中的读取与重现[J].计算机应用,2009,5.

[2]胡平平,刘建明,王晶杰.OpenGL显示3DS模型若干问题的研究[J].工程图学学报,2010,8.

[3]向南平,江资斌,左廷英.OpenGL中Maya模型的应用[J].微型电脑应用,2009,18.

[4]王金峰,姚国清.三维模型文件中的OBJ格式在OpenGL中的输入与处理[J].电脑知识与技术,2011,4.

[5]陈炳发,陆楠,伍铁军.一种面向OpenGL的三维模型的转化方法[J].小型微型计算机系统,2010(25).