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基於FBX SDK的FBX模型解析與載入 -（二）

阿新 • • 發佈：2019-01-14

5. 載入材質 

Material是一個模型渲染時必不可少的部分，當然，這些資訊也被存到了FBX之中（甚至各種貼圖等也可以直接內嵌到FBX內部），就需要從FBX中載入這些資訊以完成帶有材質的渲染。材質的載入可以與Mesh的載入相結合來完成，但更好的方法是獨立進行，這樣各模組間的關係更清晰，但這就需要一個額外的操作，那就是關聯Mesh與Material。FBX中的材質物件包含了豐富的資訊，比如最常規的從Max中可以看到那些材質屬性，如ambient、diffuse、specular的color和texture；shininess、opacity值等，更高階一點的屬性諸如Effect的引數、原始檔等都可以儲存。它是儘可能保證從建模工具中匯出時不丟失地儲存材質資訊，但我們在使用時卻可以有選擇地讀取。

5.1 關聯Mesh與材質

對於Material與Mesh獨立載入的系統而言，首先需要讀取相關的資訊將兩者關聯起來，這些資訊其實對也都儲存在KFbxMesh之內（屬於幾何資訊的一部分吧）。每個帶有材質的Mesh結點上都會包含有一個型別為KFbxGeometryElementMaterial的結點（若不含有材質則該結點為空），該結點中記錄了Mesh中的多邊形（這裡全部為三角形）與每個材質的對應關係，讀取該結點中的資訊建立Mesh與Material之間的連線關係，程式碼如下：

void ConnectMaterialToMesh(KFbxMesh* pMesh , int triangleCount , int* pTriangleMtlIndex)
{
	// Get the material index list of current mesh
	KFbxLayerElementArrayTemplate<int>* pMaterialIndices;
	KFbxGeometryElement::EMappingMode   materialMappingMode = KFbxGeometryElement::eNONE;

	if(pMesh->GetElementMaterial())
	{
		pMaterialIndices    = &pMesh->GetElementMaterial()->GetIndexArray();
		materialMappingMode = pMesh->GetElementMaterial()->GetMappingMode();
		if(pMaterialIndices)
		{
			switch(materialMappingMode)
			{
			case KFbxGeometryElement::eBY_POLYGON:
				{
					if(pMaterialIndices->GetCount() == triangleCount)
					{
						for(int triangleIndex = 0 ; triangleIndex < triangleCount ; ++triangleIndex)
						{
							int materialIndex = pMaterialIndices->GetAt(triangleIndex);

							pTriangleMtlIndex[triangleIndex] = materialIndex;
						}
					}
				}
				break;

			case KFbxGeometryElement::eALL_SAME:
				{
					int lMaterialIndex = pMaterialIndices->GetAt(0);

					for(int triangleIndex = 0 ; triangleIndex < triangleCount ; ++triangleIndex)
					{
						int materialIndex = pMaterialIndices->GetAt(triangleIndex);

						pTriangleMtlIndex[triangleIndex] = materialIndex;
					}
				}
			}
		}
	}
}

其中上triangleCount即為從pMesh中讀取得到的三角形的數量，pTriangleMtlIndex是一個長度為triangleCount的陣列，主要用來儲存讀取到的三角形對應的材質索引。注意：這裡考慮的情況是對於一個三角形只對應一個材質，而一般情況下也是這樣（如果是對應多個材質的話需要些許修改此處的程式碼）。完成Mesh的索引讀取之後即可以將pTriangleMtlIndex中的值以合適的方式轉儲到對應的三角形列表中（或以其它的方式對應）以便在渲染時使用。

5.2 普通材質

FBX中實際儲存材質資訊的位置是每個Mesh中對應的一個型別為KFbxSurfaceMaterial的結點，其裡邊儲存了普通材質的典型資訊，主要包括以下屬性（有一些沒有列出）：

  •   ShadingModel                 材質的光照模型，一般為兩種典型的區域性光照模型：Phong、Lambert 
  •   Emissive                          Emissive屬性 
  •   EmissiveFactor
  •   Ambient                           Ambient屬性
  •   AmbientFactor
  •   Diffuse                             Diffuse屬性
  •   DiffuseFactor
  •   Specular                           Specular屬性
  •   SpecularFactor
  •   Shininess                         Sepcular的Shininess屬性
  •   Bump                               Normal Map相關的屬性
  •   NormalMap
  •   BumpFactor
  •   TransparentColor             Transparent屬性
  •   TransparencyFactor
  •   Reflection                        Reflection屬性
  •   ReflectionFactor

當然，在實際應用中這些屬性並不一定需要全部讀取，可以根據情況選擇讀取即可。材質的讀取程式碼如下所述（簡略版）：

void LoadMaterial(KFbxMesh* pMesh)
{
	int materialCount;
	KFbxNode* pNode;

	if(pMesh && pMesh->GetNode())
	{
		pNode         = pMesh->GetNode();
		materialCount = pNode->GetMaterialCount();
	}

	if(materialCount > 0)
	{
		for(int materialIndex = 0 ; materialIndex < materialCount ; materialIndex++)
		{
			KFbxSurfaceMaterial* pSurfaceMaterial = pNode->GetMaterial(materialIndex);

			LoadMaterialAttribute(pSurfaceMaterial);
		}
	}
}
void LoadMaterialAttribute(KFbxSurfaceMaterial* pSurfaceMaterial)
{
	// Get the name of material
	pSurfaceMaterial->GetName();

	// Phong material
	if(pSurfaceMaterial->GetClassId().Is(KFbxSurfacePhong::ClassId))
	{
		// Ambient Color
		fbxDouble3 = ((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->Ambient;
		// ...

		// Diffuse Color
		fbxDouble3 =((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->Diffuse;
		// ...

		// Specular Color
		fbxDouble3 =((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->Specular;
		// ...

		// Emissive Color
		fbxDouble3 =((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->Emissive;
		// ...

		// Opacity
		fbxDouble1 =((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->TransparencyFactor;
		// ...

		// Shininess
		fbxDouble1 =((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->Shininess;
		// ...

		// Reflectivity
		fbxDouble1 =((KFbxSurfacePhong*)pSurfaceMaterial)->ReflectionFactor;
		// ...
		return;
	}

	// Lambert material
	if(pSurfaceMaterial->GetClassId().Is(KFbxSurfaceLambert::ClassId))
	{

		// Ambient Color
		fbxDouble3=((KFbxSurfaceLambert*)pSurfaceMaterial)->Ambient;
		// ...

		// Diffuse Color
		fbxDouble3 =((KFbxSurfaceLambert*)pSurfaceMaterial)->Diffuse;
		// ...

		// Emissive Color
		fbxDouble3 =((KFbxSurfaceLambert*)pSurfaceMaterial)->Emissive;
		// ...

		// Opacity
		fbxDouble1 =((KFbxSurfaceLambert*)pSurfaceMaterial)->TransparencyFactor;
		// ...
		return;
	}
}

上述程式碼就可以完成對普通屬性載入。另外，材質中關聯的Texture也需要進行載入，這個操作一般與一個紋理管理器結合起來進行，以便對所有的Texture與Material之間形成合理的關聯，這一步的操作一般如下程式碼所述：

void LoadMaterialTexture(KFbxSurfaceMaterial* pSurfaceMaterial)
{
	int textureLayerIndex;
	KFbxProperty pProperty;
	int texID;
	MaterialTextureDesc::MtlTexTypeEnum texType;

	for(textureLayerIndex = 0 ; textureLayerIndex < KFbxLayerElement::LAYERELEMENT_TYPE_TEXTURE_COUNT ; ++textureLayerIndex)
	{
		pProperty = pSurfaceMaterial->FindProperty(KFbxLayerElement::TEXTURE_CHANNEL_NAMES[textureLayerIndex]);
		if(pProperty.IsValid())
		{
			int textureCount = pProperty.GetSrcObjectCount(KFbxTexture::ClassId);

			for(int j = 0 ; j < textureCount ; ++j)
			{
				KFbxTexture* pTexture = KFbxCast<KFbxTexture>(pProperty.GetSrcObject(KFbxTexture::ClassId,j));
				if(pTexture)
				{
					// Use pTexture to load the attribute of current texture...
				}
			}
		}
	}
}

5.3 硬體相關的材質與Effect

有過建模經驗的童鞋都知道，在3D Max或Maya中可以為某些材質指定特定的Shader來完成特定的效果，這些模型在儲存時也會儲存相應的硬體相關的Shader到FBX模型中，因而針對這樣屬性的材質也需要特別的程式碼來進行載入。FBX裡邊支援嵌入CG、HLSL、GLSL等主流著色語言，而著色語言的型別在解析時也很容易得到。

void LoadMaterialAttribute(KFbxSurfaceMaterial* pSurfaceMaterial)
{
	KFbxImplementation* pImplementation;
	KString implemenationType;

	pImplementation = GetImplementation(pSurfaceMaterial , ImplementationHLSL);
	KString implemenationType = "HLSL";

	if(pImplementation)
	{
		LoadMaterialEffect(pSurfaceMaterial , pImplementation , &implemenationType);
	}
}

上述程式碼可以與前面的Material屬性讀取的程式碼合併。FBX一般通過一個型別為KFbxImplementation的物件將硬體相關的Shader與Material進行關聯，可以使用如上的程式碼實現兩者之間關聯的情況的獲取，其中ImplementationHLSL為一個標識HLSL型別Shader的巨集，若是CG則用ImplementationCGFX。如果當前Material中包含了HLSL型別Shader之後，那麼就可以得到一個不為空的KFbxImplementation型別的指標，在其中就可以解析該Shader的屬性，否則，則該指標為空，說明些材質關聯了其它類似的Shader或是不包含Shader。通過KFbxImplementation來獲取Effect對應的屬性的程式碼如下所示：

void LoadMaterialEffect(KFbxSurfaceMaterial* pSurfaceMaterial , const KFbxImplementation* pImplementation , KString* pImplemenationType)
{
	KFbxBindingTable const* lRootTable = pImplementation->GetRootTable();
	fbxString lFileName                = lRootTable->DescAbsoluteURL.Get();
	fbxString lTechniqueName           = lRootTable->DescTAG.Get();

	// Name of the effect file
	lFileName.Buffer();

	KFbxBindingTable const* pBTable = pImplementation->GetRootTable();
	size_t entryCount = pBTable->GetEntryCount();

	for(size_t i = 0 ; i < entryCount ; ++i)
	{
		const KFbxBindingTableEntry& btEntry = pBTable->GetEntry(i);
		const char* pEntrySrcType = btEntry.GetEntryType(true);
		KFbxProperty fbxProperty;

		// Name of Parameter
		btEntry.GetDestination();

		// Semantic of Parameter
		btEntry.GetDestination();

		if(strcmp(KFbxPropertyEntryView::sEntryType , pEntrySrcType) == 0)
		{
			fbxProperty = pSurfaceMaterial->FindPropertyHierarchical(btEntry.GetSource());
			if(!fbxProperty.IsValid())
			{
				fbxProperty = pSurfaceMaterial->RootProperty.FindHierarchical(btEntry.GetSource());
			}
		}
		else
		{
			if(strcmp(KFbxConstantEntryView::sEntryType , pEntrySrcType) == 0)
			{
				fbxProperty = pImplementation->GetConstants().FindHierarchical(btEntry.GetSource());
			}
		}

		if(fbxProperty.IsValid())
		{
			if(fbxProperty.GetSrcObjectCount(FBX_TYPE(KFbxTexture)) > 0)
			{
				// Texture Parameter
				for(int j = 0 ; j < fbxProperty.GetSrcObjectCount(FBX_TYPE(KFbxFileTexture)) ; ++j)
				{
					KFbxFileTexture* pFileTexture = fbxProperty.GetSrcObject(FBX_TYPE(KFbxFileTexture) , j);
				}

				for(int j = 0 ; j < fbxProperty.GetSrcObjectCount(FBX_TYPE(KFbxLayeredTexture)) ; ++j)
				{
					KFbxLayeredTexture* pLayeredTexture = fbxProperty.GetSrcObject(FBX_TYPE(KFbxLayeredTexture) , j);
				}

				for(int j = 0 ; j < fbxProperty.GetSrcObjectCount(FBX_TYPE(KFbxProceduralTexture)) ; ++j)
				{
					KFbxProceduralTexture* pProceduralTexture = fbxProperty.GetSrcObject(FBX_TYPE(KFbxProceduralTexture) , j);
				}
			}
			else
			{
				// Common Parameter
				KFbxDataType dataType = fbxProperty.GetPropertyDataType();

				// Bool value
				if(DTBool == dataType)
				{
					bool boolValue = KFbxGet<bool>(fbxProperty);
				}

				// Integer value
				if(DTInteger == dataType || DTEnum == dataType)
				{
					int intValue = KFbxGet<int>(fbxProperty);
				}

				// Float
				if(DTFloat == dataType)
				{
					float floatValue = KFbxGet<float>(fbxProperty);
				}

				// Double
				if(DTDouble == dataType)
				{
					double doubleValue = (float)KFbxGet<double>(fbxProperty);
				}

				// Double2
				if(DTDouble2 == dataType)
				{
					fbxDouble2 lDouble2 = KFbxGet<fbxDouble2>(fbxProperty);
					D3DXVECTOR2 double2Value = D3DXVECTOR2((float)lDouble2[0] , (float)lDouble2[1]);
				}

				// Double3
				if(DTDouble3  == dataType || DTVector3D == dataType || DTColor3 == dataType)
				{
					fbxDouble3 lDouble3 = KFbxGet<fbxDouble3>(fbxProperty);
					D3DXVECTOR3 double3Value = D3DXVECTOR3((float)lDouble3[0] , (float)lDouble3[1] , (float)lDouble3[2]);
				}

				// Double4
				if(DTDouble4  == dataType || DTVector4D == dataType || DTColor4 == dataType)
				{
					fbxDouble4 lDouble4 = KFbxGet<fbxDouble4>(fbxProperty);
					D3DXVECTOR4 double4Value = D3DXVECTOR4((float)lDouble4[0] , (float)lDouble4[1] , (float)lDouble4[2] , (float)lDouble4[3]);
				}

				// Double4x4
				if(DTDouble44 == dataType)
				{
					fbxDouble44 lDouble44 = KFbxGet<fbxDouble44>(fbxProperty);

					D3DXMATRIX double4x4Value;

					for(int i = 0 ; i < 4 ; ++i)
					{
						for(int j = 0 ; j < 4 ; ++j)
						{
							double4x4Value.m[i][j] = (float)lDouble44[i][j];
						}
					}
				}

				// String
				if(DTString == dataType || DTUrl == dataType || DTXRefUrl == dataType)
				{
					char* pStringBuffer =(KFbxGet<fbxString>(fbxProperty)).Buffer();
				}
			}
		}
	}
}

可以解析到的Effect的主要屬性包括Shader所對應的原始檔、Shader中提供的各種外部引數的初始設定等（比如在3D Max中通過UI控制元件所調節的引數的數值）。具體的方法程式碼裡邊已經比較明確了，這裡就不在贅述了。後續的一些操作就要看整個材質與Effect部分的資料結構如何組織以及如何與你自己的程式碼整合。

5.4 根據材質優化Mesh

通過FBX匯出之後得到的FBX模型在儲存時一般會以幾何屬性為首要考量因素來生成整個檔案的Scene graph，因此上述解析得到的幾何網格與Material之間的對映關係可能並不適合於直接進行繪製，一般需要重新再組織。比如其間的對映關係可能是

  1. Triangle0 -> Material1
  2. Triangle1 -> Material0
  3. Triangle2 -> Material1
  4. ...

如果一個應用的渲染流程使用了Material之間的最少切換次數來作為渲染的首要考慮的話，那麼就不能直接 使用Triangle的順序來生成渲染Buffer，而需要根據Material對其進行再排序並重新組織幾何資料間的次序。

完成上述載入之後即可實現帶有材質的渲染效果：

下一篇介紹一下動畫相關的Camera與Light的讀取...

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