基于FBX SDK的FBX模型解析与加载 -（二）

原文链接：https://blog.csdn.net/BugRunner/article/details/7211515

5. 加载材质

Material是一个模型渲染时必不可少的部分，当然，这些信息也被存到了FBX之中（甚至各种贴图等也可以直接内嵌到FBX内部），就需要从FBX中加载这些信息以完成带有材质的渲染。材质的加载可以与Mesh的加载相结合来完成，但更好的方法是独立进行，这样各模块间的关系更清晰，但这就需要一个额外的操作，那就是关联Mesh与Material。FBX中的材质对象包含了丰富的信息，比如最常规的从Max中可以看到那些材质属性，如ambient、diffuse、specular的color和texture；shininess、opacity值等，更高级一点的属性诸如Effect的参数、源文件等都可以保存。它是尽可能保证从建模工具中导出时不丢失地保存材质信息，但我们在使用时却可以有选择地读取。

5.1 关联Mesh与材质

对于Material与Mesh独立加载的系统而言，首先需要读取相关的信息将两者关联起来，这些信息其实对也都存储在KFbxMesh之内（属于几何信息的一部分吧）。每个带有材质的Mesh结点上都会包含有一个类型为KFbxGeometryElementMaterial的结点（若不含有材质则该结点为空），该结点中记录了Mesh中的多边形（这里全部为三角形）与每个材质的对应关系，读取该结点中的信息建立Mesh与Material之间的连接关系，代码如下：

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即为从pMesh中读取得到的三角形的数量，pTriangleMtlIndex是一个长度为triangleCount的数组，主要用来存储读取到的三角形对应的材质索引。注意：这里考虑的情况是对于一个三角形只对应一个材质，而一般情况下也是这样（如果是对应多个材质的话需要些许修改此处的代码）。完成Mesh的索引读取之后即可以将pTriangleMtlIndex中的值以合适的方式转储到对应的三角形列表中（或以其它的方式对应）以便在渲染时使用。

5.2 普通材质

FBX中实际存储材质信息的位置是每个Mesh中对应的一个类型为KFbxSurfaceMaterial的结点，其里边存储了普通材质的典型信息，主要包括以下属性（有一些没有列出）：

ShadingModel 材质的光照模型，一般为两种典型的局部光照模型：Phong、Lambert
Emissive Emissive属性
EmissiveFactor
Ambient Ambient属性
AmbientFactor
Diffuse Diffuse属性
DiffuseFactor
Specular Specular属性
SpecularFactor
Shininess Sepcular的Shininess属性
Bump Normal Map相关的属性
NormalMap
BumpFactor
TransparentColor Transparent属性
TransparencyFactor
Reflection Reflection属性
ReflectionFactor

当然，在实际应用中这些属性并不一定需要全部读取，可以根据情况选择读取即可。材质的读取代码如下所述（简略版）：

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;
}
}

上述代码就可以完成对普通属性加载。另外，材质中关联的Texture也需要进行加载，这个操作一般与一个纹理管理器结合起来进行，以便对所有的Texture与Material之间形成合理的关联，这一步的操作一般如下代码所述：

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 硬件相关的材质与Effect

有过建模经验的童鞋都知道，在3D Max或Maya中可以为某些材质指定特定的Shader来完成特定的效果，这些模型在保存时也会保存相应的硬件相关的Shader到FBX模型中，因而针对这样属性的材质也需要特别的代码来进行加载。FBX里边支持嵌入CG、HLSL、GLSL等主流着色语言，而着色语言的类型在解析时也很容易得到。

void LoadMaterialAttribute(KFbxSurfaceMaterial* pSurfaceMaterial)
{
KFbxImplementation* pImplementation;
KString implemenationType;
pImplementation = GetImplementation(pSurfaceMaterial , ImplementationHLSL);
KString implemenationType = "HLSL";
if(pImplementation)
{
LoadMaterialEffect(pSurfaceMaterial , pImplementation , &implemenationType);
}
}

上述代码可以与前面的Material属性读取的代码合并。FBX一般通过一个类型为KFbxImplementation的对象将硬件相关的Shader与Material进行关联，可以使用如上的代码实现两者之间关联的情况的获取，其中ImplementationHLSL为一个标识HLSL类型Shader的宏，若是CG则用ImplementationCGFX。如果当前Material中包含了HLSL类型Shader之后，那么就可以得到一个不为空的KFbxImplementation类型的指针，在其中就可以解析该Shader的属性，否则，则该指针为空，说明些材质关联了其它类似的Shader或是不包含Shader。通过KFbxImplementation来获取Effect对应的属性的代码如下所示：

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的主要属性包括Shader所对应的源文件、Shader中提供的各种外部参数的初始设定等（比如在3D Max中通过UI控件所调节的参数的数值）。具体的方法代码里边已经比较明确了，这里就不在赘述了。后续的一些操作就要看整个材质与Effect部分的数据结构如何组织以及如何与你自己的代码整合。

5.4 根据材质优化Mesh

通过FBX导出之后得到的FBX模型在存储时一般会以几何属性为首要考量因素来生成整个文件的Scene graph，因此上述解析得到的几何网格与Material之间的映射关系可能并不适合于直接进行绘制，一般需要重新再组织。比如其间的映射关系可能是

Triangle0 -> Material1
Triangle1 -> Material0
Triangle2 -> Material1
...

如果一个应用的渲染流程使用了Material之间的最少切换次数来作为渲染的首要考虑的话，那么就不能直接使用Triangle的顺序来生成渲染Buffer，而需要根据Material对其进行再排序并重新组织几何数据间的次序。

完成上述加载之后即可实现带有材质的渲染效果：

下一篇介绍一下动画相关的Camera与Light的读取...