DX12 快速教程(9) —— 初识 Assimp 库

(9) AssimpAcquaintance: 初步认识并使用 Assimp 库，获取并打印《蔚蓝档案》中的霞沢美游 gltf 模型的数据

dgaf

680人浏览 · 2025-12-10 02:52:09

dgaf · 2025-12-10 02:52:09 发布

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前言：Assimp 在 VS 中的配置与使用
- CMake 构建 Assimp 项目与编译
- Assimp 在 VS 中的配置
正文：Assimp 教程
第九章全代码

教程代码资源：
dgaf 的《DirectX 12 快速教程》配套代码 (A Sample of dgaf’s DirectX 12 Quick Beginner Tutorial)

本章我们要正式进入 Assimp 时代，学习相关的模型加载与使用！

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sketchfab 是老牌 3D 模型展示社区，你可以从中找到各种各样令人满意的 3D 模型

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本章我们将解析 BA 的霞沢美游的 gltf 模型，并打印相关的模型信息
鸣谢作者大大 MOMO_RUI 提供的模型，模型源链接： https://sketchfab.com/3d-models/blue-archivekasumizawa-miyu-108d81dfd5a44dab92e4dccf0cc51a02

前言：Assimp 在 VS 中的配置与使用

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Assimp ：全称为 Open Asset Import Library，这是一个模型加载库，可以导入几十种不同格式的模型文件（同样也可以导出部分模型格式）。只要Assimp加载完了模型文件，我们就可以从Assimp上获取所有我们需要的模型数据。Assimp把不同的模型文件都转换为一个统一的数据结构，所有无论我们导入何种格式的模型文件，都可以用同一个方式去访问我们需要的模型数据。

CMake 构建 Assimp 项目与编译

首先，我们要去 github 上找到 Assimp 的仓库，下载压缩包并解压:

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此时我们可以看到文件夹里面没有 .sln 文件，这是因为 Assimp 这个库为了满足跨平台的要求选择用 CMake 来建构，我们需要去官网下载并安装 CMake:

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关于 CMake 的安装教程可以看看其他文章，本文不再一一赘述。

安装好 CMake 后，打开 CMake，填入源仓库文件夹与输出文件夹:

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选择下方的 configure 配置 build 编译器，选择 VS2022:

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配置完成后按 Finish 后会进行自动编译，Assimp 会查找仓库 makefile 的可用选项，标红的就是可用编译选项，我们可以直接选择 Generate 生成项目:

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输出文件夹会生成 VS 项目，打开 Assimp.sln，上方选择 Debug (也可以选择 Release 版本，生成的文件会小一点)，右键 ALL_BUILD -> 生成 (注意不是上方的编译并运行)，耐心等待一段时间，最终就能编译完成：

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Assimp 在 VS 中的配置

编译完成后，我们需要分别找到:

1. output/bin/Debug 文件夹下的 .dll 文件

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2. output/lib/Debug 文件夹下的 .lib 文件

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3. Assimp 源仓库文件夹 (不是 Output 文件夹) 下的 include 文件夹

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4. output/include/assimp 文件夹下的 config.h (注意这里！)

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在项目中新建 Assimp 文件夹:

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在 Assimp 目录中新建一个 lib 文件夹，然后将 (1) (2) 的 .dll 和 .lib 拖进去:

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将 (3) 中的整个 include 文件夹拖到 Assimp 中:

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注意这里！我们还要将 (4) 中的 config.h 拖到 include/assimp 文件夹中，里面部分文件需要依赖 config.h

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打开 DX12.sln，进行项目内部配置。新建项目 009-AssimpAcquaintance，右键项目 -> 属性 -> VC++ 目录

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配置包含 Assimp 整个库的 .h 与 .cpp，点击包含目录 -> 编辑 -> “新建行” -> 右侧省略号 -> 选择 Assimp/include 文件夹 (或者直接写上 $(SolutionDir)Assimp/include) -> 确定

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库目录同理，配置 Assimp/lib 文件夹:

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最后，我们需要在代码上包含 Assimp 的头文件与链接库:

#include<assimp/Importer.hpp>		// Assimp Importer 模型导入器，用于导入模型,读取模型数据
#include<assimp/postprocess.h>		// PostProcess 后处理，提供多种标志 (aiProcess_xxx)，用于改善模型的导入质量与性能
#include<assimp/scene.h>			// Scene 核心组件库，用于存储与管理导入的 3D 模型的所有数据

#pragma comment(lib,"assimp-vc143-mtd.lib")		// 链接 Assimp DLL

其中这个链接库的名字要和 Assimp\lib 里的相同:

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注意这里！将 Assimp/lib 里面的 lib 和 dll 复制到 exe 所在的目录下 (x64/Debug 文件夹)，生成的 exe 需要依赖这两个链接库:

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编译并运行一下，如果没有错误就成功了:

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正文：Assimp 教程

1.gltf 的文件结构

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‌‌GLTF 是一种专为 3D 内容传输设计的开放标准格式‌，支持‌ Blender、‌Adobe Substance 等专业工具打开和使用。该格式通过‌ JSON描述+‌二进制数据结构实现了三维场景的高效压缩与跨平台交互应用。

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GLTF2.0 已作为 ISO/IEC 12113:2022 国际标准发布，Sketchfab 等一众网站也在力推 gltf 的推广和流行，任何可下载模型，都能下到 .gltf 格式的模型

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2. Assimp 导入 gltf 模型

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在 Assimp 中，导入模型数据的设备叫 Assimp::Importer:

Assimp::Importer* m_ModelImporter = new Assimp::Importer;		// 模型导入器

引用模型数据的叫 ModelScene (const aiScene*) 模型场景，Assimp 把一个 3D 模型叫 Scene 场景:

const aiScene* m_ModelScene = nullptr;							// 模型/场景对象

我们可以用 Importer::ReadFile 来打开并解析模型文件，并且导入到 ModelScene 中:

std::string ModelFileName = "miyu/scene.gltf";					// 模型文件名
Assimp::Importer* m_ModelImporter = new Assimp::Importer;		// 模型导入器
const aiScene* m_ModelScene = nullptr;							// 模型/场景对象

// 导入模型使用的标志
// aiProcess_ConvertToLeftHanded: Assimp 导入的模型是以 OpenGL 的右手坐标系为基础的，将模型转换成 DirectX 的左手坐标系
// aiProcess_Triangulate：模型设计师可能使用多边形对模型进行建模的，对于用多边形建模的模型，将它们都转换成基于三角形建模
// aiProcess_FixInfacingNormals：建模软件都是双面显示的，所以设计师不会在意顶点绕序方向，部分面会被剔除无法正常显示，需要翻转过来
// aiProcess_LimitBoneWeights: 限制顶点的骨骼权重最多为 4 个，其余权重无需处理
// aiProcess_GenBoundBoxes: 对每个网格，都生成一个 AABB 体积盒
// aiProcess_JoinIdenticalVertices: 将位置相同的顶点合并为一个顶点，从而减少模型的顶点数量，优化内存使用和提升渲染效率。
UINT ModelImportFlag = aiProcess_ConvertToLeftHanded | aiProcess_Triangulate | aiProcess_FixInfacingNormals |
	aiProcess_LimitBoneWeights | aiProcess_GenBoundingBoxes | aiProcess_JoinIdenticalVertices;

// 读取模型数据，数据会存储在 aiScene 对象
// 使用 ReadFile 函数直接传递文件路径打开文件，路径可以有中文文字这些 utf-8 字符 (Assimp 最近修复了这个 bug)
m_ModelScene = m_ModelImporter->ReadFile(ModelFileName, ModelImportFlag);

ModelImportFlag 模型导入标志解析：
aiProcess_ConvertToLeftHanded： 这是一个由多个标志组合成的复合标志：Assimp 导入的模型是以 OpenGL, Vulkan 的右手坐标系为基础的，将模型转换成 DirectX 的左手坐标系 (纹理坐标系也会转换)

aiProcess_Triangulate： 模型设计师可能使用多边形对模型进行建模的，对于用多边形建模的模型，将它们都转换成基于三角形建模

aiProcess_FixInfacingNormals： 建模软件都是双面显示的，所以设计师不会在意顶点绕序方向，部分面会被剔除无法正常显示，需要翻转过来

图源: https://zhuanlan.zhihu.com/p/20623801

aiProcess_LimitBoneWeights： 限制顶点的骨骼权重最多为 4 个，其余权重无需处理

图上白色的菱形体部分叫 Bone 骨骼，连接骨骼的圆形节点叫 BoneNode 骨骼节点，包裹骨骼及其节点的五颜六色的部分叫 Mesh 网格，在绑定骨骼的模型中，网格可以受多个骨骼影响，一般设定成最多 4 个就行，下文以及第 11,13 章也会涉及到

aiProcess_GenBoundBoxes： 对每个网格，都生成一个 AABB 体积盒

图源: https://www.cnblogs.com/lyggqm/p/5386174.html

aiProcess_JoinIdenticalVertices： 将位置相同的顶点合并为一个顶点，从而减少模型的顶点数量，优化内存使用和提升渲染效率。

合并相同顶点的同时，也会生成顶点索引，这样画三角形可以用 DrawIndexedInstanced重用顶点

注意！如果要重用 Importer 和 ModelScene 加载多个模型，不要 delete Importer! 因为真实的模型数据是存储在 Importer 上的，ModelScene 仅仅只是存储了 Importer 的引用

3.通过 ModelScene 读入模型数据

3D 游戏动画技术发展史

精灵动画系统

最早掀起 3D 游戏发展狂潮的是 1993 年 10 月 id Software 发行的《DOOM》(毁灭战士):

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《DOOM》

此时严格意义上来说不是 3D 游戏，而是披着 3D 皮的 2.5D 游戏，方法是利用 2D 的 sprite(精灵) 来摸拟出 3D 环境。
早期的计算机由于硬件限制，无法做到真正的 3D，因此免去纯 3D 图像处理所涉及的大量计算工作，从而使模拟出来的立体图像得以更快显现。利用这种绘图方式所产生的立体效果远超过 2D。

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刚性层阶式动画系统

1993 年 11 月，首个最早有完整人物建模可互动的 3D 游戏《VR战士》横空出世，这是公认的第一款 3D 格斗游戏，不仅使用了 3D 角色模型，还引入了足以改变业界的刚性层阶式动画系统。

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《VR战士》

先科普一下刚体 (Rigid Body)的概念：刚体是指在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变的物体。

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人物角色模型可以根据身体部位，划分成不同的部分，例如下图：

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这些部位应该如何组织呢？人形角色通常会拆分成骨盘 (pelvis)、躯干 (torso)、上臂 (upper arm)、下臂 (lower arm)、大腿 (upper leg)、小腿 (lower leg)、手部 (hand)、脚部 (feet) 及头部 (head) 等等这些部分，这些刚性部分以层阶形式连接。
(所谓的层阶形式，就是身体部分是一层一层连接的，上层部位驱动下层部位。比如说将手臂按照关节划分为上臂（upper arm）,下臂（lower arm）和手（hand），而当手动的时候，上臂或者下臂未必会动，但上臂动的时候下臂和手一定会动，根据这划分为上臂>下臂>手这样的层阶)

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刚性层阶式，就是角色由一堆刚性部分建模 (人物关节组织不能发生形变和缩放)，这些刚性部分以层阶式组织并彼此约束 (像关节一样一层一层连接，上层带动下层运动)

刚性动画有一个严重的缺点，部位与部位之间会产生明显的裂缝，对于有皮肤的角色会在关节处产生明显裂缝 (尤其是做大幅度动作时)，典型的例子就是《最终幻想7》中的人物行动：

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每顶点动画

每顶点动画，就是对人物模型所有顶点做 k 个动画帧，每帧存储这些顶点的位置和法线信息。
每顶点动画可以获得非常精细的动画效果，网格的三角形可以产生更自然的形变，但是工作量非常巨大，产生的数据量也非常巨大，在实时游戏中极少使用。

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《合金装备崛起：复仇》中的"激流山姆"，左下角可以看到巨大的顶点数量，难以想象如果做每顶点动画，会消耗多少昂贵的空间

蒙皮骨骼动画

为了可以得到较生动的动画效果，允许网格的三角形产生形变。同时兼顾较高的性能、较低的存储空间，蒙皮骨骼动画便出现了。蒙皮骨骼，就是蒙盖有皮肤的骨骼模型。现在市场上几乎所有的游戏都采用蒙皮动画作为动画解决方案。典型的例子就是 1996 年的《生化危机》：

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原图出处：https://www.gcores.com/articles/174901

蒙皮骨骼动画有三要素：

骨骼 (skeleton)：使用类似于刚性层阶式动画中的刚性部件 (刚性层阶式动画是一整块皮肤部分，而蒙皮动画换成了内部的骨骼) 来控制角色的运动，骨骼并不渲染，而是作为预处理数据，输入给蒙皮计算函数：

皮肤 (skin)：皮肤本质上是一堆三角形组成的网格 (网格的定义下面会讲)，所以皮肤也叫蒙皮网格 (skinned mesh)，圆滑三角形网格保证了角色模型的整体性，会绑定到骨骼上，其顶点会追踪骨骼节点 (bone node) 的移动。

蒙皮：各顶点按权重绑定至多个骨骼节点，受绑定的骨骼约束而自然拉伸，能产生逐顶点动画中的形变效果，因此不会出现刚性层阶式动画的“裂缝”问题。(第 13 章会详细解释骨骼权重混合)

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蒙皮骨骼在模型中通常和刚性层阶式动画一样是树状结构

(1) 骨骼树

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那么我们如何在 Assimp 中访问模型的骨骼呢？首先，我们要找到骨骼的根节点 (RootNode)，它是我们访问其他骨骼节点的入口：

m_ModelScene->mRootNode;

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骨骼的组织形式是骨骼树，这意味着我们需要递归函数来一层一层地访问所有节点：

// 递归展开计算模型骨骼节点，打印每个骨骼节点的名称，大部分情况下节点都是骨骼，节点名和骨骼名相同
// 骨骼在模型中的呈现形式是骨骼树，在骨骼动画中，父节点会影响子节点，子节点拿到的偏移矩阵是相对于所属父节点的，所以要递归展开计算
// Assimp 中，节点的变换矩阵会影响节点下的全部属性，包括网格、骨骼、子节点，骨骼名是唯一的
void ModelNodeTraversal(const aiNode* node, std::string NodeBaseChar, UINT tier)
{
	std::cout << NodeBaseChar
		<< "┗━━ 节点名: " << node->mName.C_Str()		// 节点名
		<< " (层级: " << tier						// 层级
		<< ", 子节点数: " << node->mNumChildren		// 子节点数
		<< ")" << std::endl;

	// 当前节点打印完成，下一行打印子节点时，在前面添加空格，便于区分
	NodeBaseChar += "  ";

	// 遍历子节点，打印子节点的名称
	for (UINT i = 0; i < node->mNumChildren; i++)
	{
		ModelNodeTraversal(node->mChildren[i], NodeBaseChar, tier + 1);
	}
}

// 基础偏移字符串，用于打印时区分父子节点
std::string NodeBaseChar = "";

// 从根节点开始递归打印
ModelNodeTraversal(m_ModelScene->mRootNode, NodeBaseChar, 1);

(2) 材质与纹理

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不同的材质展现了不同光线下物体外观呈现的不同效果

材质 (Material) 在计算机图形学中是非常重要的概念，它决定了物体表面的视觉特性和光照反应。不同的材质在不同的光线作用下，表现出不同的外观。外观是材质 + 光线共同作用结果。

那和纹理 (Texture) 有什么区别呢？简单来说，材质是物体表面光学属性集合，决定了光如何与表面交互；纹理是图像或数据贴图，用于为材质提供具体的细节图案或参数分布。一副材质对应多张不同类型的纹理贴图，纹理贴图服务于材质。

第 9-14 章，我们只会涉及这三种类型的纹理贴图：

(1) 漫反射贴图 (Diffuse Map)，最常见的贴图，漫反射是指光线照射到物体表面后，向各个方向散射的现象。漫反射颜色是物体在均匀光照下的基本颜色，基本上可以看作物体的原图：

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(2) 自发光贴图 (Emissive Map)，控制表面发射光的颜色和亮度。当场景中使用了自发光材质时，它看起来像一个可见光。物体将呈现发光效果。(如本模型头上的生命光环用了自发光贴图)

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(3) 法线贴图 (Normal Map)，控制表面法线的方向，通过 RGB 颜色通道存储三维法线向量数据，能够高精度模拟低多边形模型表面凹凸细节：

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从左到右：原贴图模型，加了光照的模型，加了光照+法线贴图的模型

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左：原贴图；右：法线贴图

在 Assimp 中，一副网格对应一副材质，如何获取该材质下拥有的所有类型贴图？我们可以用 aiMaterial::GetTexture 函数来逐一判断类型，并获取需要的纹理贴图名：

// 在 3D 建模的世界里，材质 (Material) 就像是给模型穿上的一件“外衣”
// 它不仅决定了模型的颜色和光泽，还能展现出材料的透明度、反射特性以及那些细微的表面纹理

// 材质组
std::vector<std::string> MaterialGroup;

// 遍历模型中的所有材质
for (UINT i = 0; i < m_ModelScene->mNumMaterials; i++)
{
	// Assimp 解析出来的模型材质
	aiMaterial* material = m_ModelScene->mMaterials[i];

	// 添加材质名到 MaterialGroup 中
	std::cout << "材质名: " << material->GetName().C_Str() << std::endl;
	MaterialGroup.push_back(material->GetName().C_Str());
	

	// 纹理是材质的子集，一个材质可能有很多组不同类型的纹理
	// 获取材质中的纹理数，目前我们只会用到 EMISSIVE, DIFFUSE, NORMAL 这三种纹理，后面我们会逐一介绍这些纹理的功能与区别
	// 在 Assimp 中，有一些类型 (例如 DIFFUSE 和 BASE_COLOR) 其实指的是同一个纹理，不过会有一些功能上的区别
	std::cout
		<< "EMISSIVE 自发光纹理数: " << material->GetTextureCount(aiTextureType_EMISSIVE) << "\n"
		<< "DIFFUSE 漫反射纹理数: " << material->GetTextureCount(aiTextureType_DIFFUSE) << "\n"
		<< "NORMAL 法线纹理数: " << material->GetTextureCount(aiTextureType_NORMALS) << "\n";

	// 材质对应的纹理文件名
	aiString materialPath;

	// 获取材质对应的纹理，有时候一个材质甚至会有多个名字相同，但是类型不同的纹理贴图
	// Assimp 为了区分这些纹理，特意设置了一个叫 Channel 通道的东西，如果名字相同，不同类型的纹理贴图会占据不同通道
	// GetTexture 的第二个参数就是通道索引，大部分材质同类型下最多只有一个纹理，所以第二个参数直接指定 0 就行
	// 注意 GetTexture 的返回值表示状态，aiReturn_SUCCESS 才算获取成功
	if (material->GetTexture(aiTextureType_EMISSIVE, 0, &materialPath) == aiReturn_SUCCESS)
	{
		std::cout << "EMISSIVE 自发光纹理文件名: " << materialPath.C_Str() << "\n";
	}
	if (material->GetTexture(aiTextureType_DIFFUSE, 0, &materialPath) == aiReturn_SUCCESS)
	{
		std::cout << "DIFFUSE 漫反射纹理文件名: " << materialPath.C_Str() << "\n";
	}
	if (material->GetTexture(aiTextureType_NORMALS, 0, &materialPath) == aiReturn_SUCCESS)
	{
		std::cout << "NORMAL 法线纹理文件名: " << materialPath.C_Str() << "\n";
	}

	std::cout << std::endl;

}

注意！ModelScene 的 mTexture 指的是模型文件 (例如.glb) 内嵌的纹理贴图 (如果有的话，没有就是 nullptr)，和 mMaterial 意思不同！

(3) 网格

在这里插入图片描述

上图中牛头模型被不同数量的三角形如网状般覆盖着，顶点组成的图元围成的一整块网状结构就叫网格 (Mesh)，三角形数量越多，网格密集程度越大，模型越精细。

Assimp 以 Mesh 网格为单位拆分模型的不同部位，这些网格一般都有：
网格名 (mName)
顶点数量 (mVertices)
索引数量 (mFaces，在 Assimp 中叫 mFaces 是因为网格图元可以是多边形，一个图元索引不止 3 个)
材质索引 (mMaterialIndex)
关联的骨骼 (mBones)
AABB 包围盒 (mAABB)
其他等等

// Mesh 网格相当于模型的皮肤，它存储了模型要渲染的顶点信息。在骨骼模型中，Mesh 需要依赖骨骼节点才能正确渲染
// 遍历模型的所有 Mesh 网格
for (UINT i = 0; i < m_ModelScene->mNumMeshes; i++)
{
	// 当前网格
	const aiMesh* mesh = m_ModelScene->mMeshes[i];

	std::cout
		<< "网格名: " << mesh->mName.C_Str() << "\n"
		<< "顶点数: " << mesh->mNumVertices << "\n"
		<< "索引数: " << mesh->mNumFaces * 3 << "\n"
		<< "所用材质索引: " << mesh->mMaterialIndex
		<< " (对应材质: " << MaterialGroup[mesh->mMaterialIndex] << ") \n";

	// 如果 Mesh 有被骨骼影响到，就输出相关骨骼。对骨骼模型而言非常重要
	// 一个网格可以被多个骨骼影响到，这是因为网格依赖骨骼，附着在骨骼上，通常是整块整块附着
	// 关节是骨骼之间的连接点，这些网格很多都会覆盖关节 (或占据关节部分位置)，网格上的顶点受不同骨骼的影响程度各不相同
	if (mesh->HasBones())
	{
		std::cout << "受影响的骨骼: \n";

		// 遍历骨骼
		for (UINT i = 0; i < mesh->mNumBones; i++)
		{
			std::cout << mesh->mBones[i]->mName.C_Str() << std::endl;
		}
	}
	else	// 没有绑定骨骼，网格上的顶点坐标就表示相对于整个模型的绝对位置，即使是骨骼模型，也会有网格没被骨骼影响到
	{
		std::cout << "没有骨骼影响！\n";
	}

	std::cout << "\n";
}

(4) AABB 包围盒

在这里插入图片描述

MC 里的碰撞箱其实是 AABB 包围盒

在这里插入图片描述

AABB 包围盒，全称为 axis-aligned bounding box 轴对齐包围盒，它是一个长方体，且它的边是和轴线（比如 xyz 轴）对齐的。AABB 包围盒对碰撞检测和体积计算便捷高效，我们可以通过局部 Mesh 的 AABB 包围盒，更新整个模型的 AABB 包围盒，方便我们后续设置相机：


struct AABB		// AABB 包围盒，下一章有大用
{
	float minBoundsX;	// 最小坐标点 X 值
	float minBoundsY;	// 最小坐标点 Y 值
	float minBoundsZ;	// 最小坐标点 Z 值

	float maxBoundsX;	// 最大坐标点 X 值
	float maxBoundsY;	// 最大坐标点 Y 值
	float maxBoundsZ;	// 最大坐标点 Z 值
};

AABB ModelBoundingBox;		// 模型 AABB 包围盒，用于调整摄像机视野，防止模型在摄像机视野外飞出去

// 设置初始值
ModelBoundingBox =
{
	m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMin.x,
	m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMin.y,
	m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMin.z,

	m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMax.x,
	m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMax.y,
	m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMax.z
};

// 逐网格遍历，计算整个模型的 AABB 包围盒，请注意导入模型时要指定 aiProcess_GenBoundingBoxes，否则 mAABB 成员会没有数据
for (UINT i = 1; i < m_ModelScene->mNumMeshes; i++)
{
	// 当前网格
	const aiMesh* mesh = m_ModelScene->mMeshes[i];

	// 更新总包围盒
	ModelBoundingBox.minBoundsX = std::min(mesh->mAABB.mMin.x, ModelBoundingBox.minBoundsX);
	ModelBoundingBox.minBoundsY = std::min(mesh->mAABB.mMin.y, ModelBoundingBox.minBoundsY);
	ModelBoundingBox.minBoundsZ = std::min(mesh->mAABB.mMin.z, ModelBoundingBox.minBoundsZ);

	ModelBoundingBox.maxBoundsX = std::max(mesh->mAABB.mMax.x, ModelBoundingBox.maxBoundsX);
	ModelBoundingBox.maxBoundsY = std::max(mesh->mAABB.mMax.y, ModelBoundingBox.maxBoundsY);
	ModelBoundingBox.maxBoundsZ = std::max(mesh->mAABB.mMax.z, ModelBoundingBox.maxBoundsZ);
}

std::cout << "模型包围盒: "
	<< "min(" << ModelBoundingBox.minBoundsX << ","
	<< ModelBoundingBox.minBoundsY << ","
	<< ModelBoundingBox.minBoundsZ << ") "
	<< "max(" << ModelBoundingBox.maxBoundsX << ","
	<< ModelBoundingBox.maxBoundsY << ","
	<< ModelBoundingBox.maxBoundsZ << ")" << std::endl;

第九章全代码

本章教程是一个简单的控制台程序，目的是为了让大家在下一章动手渲染做好心理准备:


// (9) AssimpAcquaintance: 初步认识并使用 Assimp 库，获取并打印《蔚蓝档案》中的 霞沢美游 gltf 模型的数据
// 鸣谢原作者大大: Onerui(momo) (https://sketchfab.com/hswangrui)
// 模型项目地址: https://sketchfab.com/3d-models/blue-archivekasumizawa-miyu-108d81dfd5a44dab92e4dccf0cc51a02


#define NOMINMAX		// windows.h 与标准库里的 min/max 函数重名导致冲突了，禁用 windows.h 里面的 min/max 函数

#include<Windows.h>		// Windows 窗口编程核心头文件

#include<iostream>		// C++ 标准输入输出库
#include<vector>		// C++ STL vector 容器库

#include<assimp/Importer.hpp>		// Assimp Importer 模型导入器，用于导入模型,读取模型数据
#include<assimp/postprocess.h>		// PostProcess 后处理，提供多种标志 (aiProcess_xxx)，用于改善模型的导入质量与性能
#include<assimp/scene.h>			// Scene 核心组件库，用于存储与管理导入的 3D 模型的所有数据

#pragma comment(lib,"assimp-vc143-mtd.lib")		// 链接 Assimp DLL


// 1.项目 -> 属性 -> VC++ 目录 -> 包含目录 -> 添加 Assimp/include (或者写 $(SolutionDir)Assimp/include )
// 2.项目 -> 属性 -> VC++ 目录 -> 库目录 -> 添加 Assimp/lib (或者写 $(SolutionDir)Assimp/lib )
// 3.将 Assimp/lib 里面的 assimp-vc143-mtd.lib 与 assimp-vc143-mtd.dll 复制到
//   exe 所在的目录下 (x64/Debug 文件夹)，生成的 exe 需要依赖这两个链接库


// GLTF 是一种 3D 模型文件格式，用于引擎和应用程序高效传输和加载 3D 场景和模型
// 它的文件结构如下：
// textures			模型纹理文件夹
// license.txt		模型使用的许可证 (常用许可证是 CC-BY: 发布必须署名原作者，可商用)
// scene.bin		储存模型图元，顶点，骨骼动画等二进制数据
// scene.gltf		JSON 文件，定义 scene 的结构与元素，并储存 bin 和 textures 的链接



// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------



UINT TotalNodeNum = 0;		// 总节点数

// 递归展开计算模型骨骼节点，打印每个骨骼节点的名称，大部分情况下节点都是骨骼，节点名和骨骼名相同
// 骨骼在模型中的呈现形式是骨骼树，在骨骼动画中，父节点会影响子节点，子节点拿到的偏移矩阵是相对于所属父节点的，所以要递归展开计算
// Assimp 中，节点的变换矩阵会影响节点下的全部属性，包括网格、骨骼、子节点，骨骼名是唯一的
void ModelNodeTraversal(const aiNode* node, std::string NodeBaseChar, UINT tier)
{
	std::cout << NodeBaseChar
		<< "┗━━ 节点名: " << node->mName.C_Str()		// 节点名
		<< " (层级: " << tier						// 层级
		<< ", 子节点数: " << node->mNumChildren		// 子节点数
		<< ")" << std::endl;

	// 当前节点打印完成，下一行打印子节点时，在前面添加空格，便于区分
	NodeBaseChar += "  ";

	// 遍历子节点，打印子节点的名称
	for (UINT i = 0; i < node->mNumChildren; i++)
	{
		ModelNodeTraversal(node->mChildren[i], NodeBaseChar, tier + 1);
	}

	TotalNodeNum++;		// 总节点数 +1
}


int main()
{
	std::string ModelFileName = "miyu/scene.gltf";					// 模型文件名
	Assimp::Importer* m_ModelImporter = new Assimp::Importer;		// 模型导入器
	const aiScene* m_ModelScene = nullptr;							// 模型/场景对象

	// 导入模型使用的标志
	// aiProcess_ConvertToLeftHanded: Assimp 导入的模型是以 OpenGL 的右手坐标系为基础的，将模型转换成 DirectX 的左手坐标系
	// aiProcess_Triangulate：模型设计师可能使用多边形对模型进行建模的，对于用多边形建模的模型，将它们都转换成基于三角形建模
	// aiProcess_FixInfacingNormals：建模软件都是双面显示的，所以设计师不会在意顶点绕序方向，部分面会被剔除无法正常显示，需要翻转过来
	// aiProcess_LimitBoneWeights: 限制顶点的骨骼权重最多为 4 个，其余权重无需处理
	// aiProcess_GenBoundBoxes: 对每个网格，都生成一个 AABB 体积盒
	// aiProcess_JoinIdenticalVertices: 将位置相同的顶点合并为一个顶点，从而减少模型的顶点数量，优化内存使用和提升渲染效率。
	UINT ModelImportFlag = aiProcess_ConvertToLeftHanded | aiProcess_Triangulate | aiProcess_FixInfacingNormals |
		aiProcess_LimitBoneWeights | aiProcess_GenBoundingBoxes | aiProcess_JoinIdenticalVertices;

	// 读取模型数据，数据会存储在 aiScene 对象
	// 使用 ReadFile 函数直接传递文件路径打开文件，路径可以有中文文字这些 utf-8 字符 (Assimp 最近修复了这个 bug)
	m_ModelScene = m_ModelImporter->ReadFile(ModelFileName, ModelImportFlag);

	// 如果模型没有成功载入 (无法载入，载入未完成，载入后无根节点)
	if (!m_ModelScene || m_ModelScene->mFlags & AI_SCENE_FLAGS_INCOMPLETE || !m_ModelScene->mRootNode)
	{
		// Assimp 载入模型的错误信息
		std::string Assimp_error_msg = m_ModelImporter->GetErrorString();

		std::string errorMsg = "载入文件 ";
		errorMsg += ModelFileName;
		errorMsg += " 失败！错误原因：";
		errorMsg += Assimp_error_msg;
		MessageBoxA(NULL, errorMsg.c_str(), "错误", MB_ICONERROR | MB_OK);
		return 1;
	}

	std::cout << "成功加载 " << ModelFileName << " ! \n" << std::endl;



	// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------



	std::cout << "开始遍历节点! \n\n";

	// 基础偏移字符串，用于打印时区分父子节点
	std::string NodeBaseChar = "";

	// 从根节点开始递归打印
	ModelNodeTraversal(m_ModelScene->mRootNode, NodeBaseChar, 1);

	std::cout << "\n" << "总节点数: " << TotalNodeNum << "\n\n";

	std::cout << "------------------------------------------------------------------------\n\n";



	// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------



	// 在 3D 建模的世界里，材质 (Material) 就像是给模型穿上的一件“外衣”
	// 它不仅决定了模型的颜色和光泽，还能展现出材料的透明度、反射特性以及那些细微的表面纹理

	// 材质组
	std::vector<std::string> MaterialGroup;

	// 遍历模型中的所有材质
	for (UINT i = 0; i < m_ModelScene->mNumMaterials; i++)
	{
		// Assimp 解析出来的模型材质
		aiMaterial* material = m_ModelScene->mMaterials[i];

		// 添加材质名到 MaterialGroup 中
		std::cout << "材质名: " << material->GetName().C_Str() << std::endl;
		MaterialGroup.push_back(material->GetName().C_Str());
		

		// 纹理是材质的子集，一个材质可能有很多组不同类型的纹理
		// 获取材质中的纹理数，目前我们只会用到 EMISSIVE, DIFFUSE, NORMAL 这三种纹理，后面我们会逐一介绍这些纹理的功能与区别
		// 在 Assimp 中，有一些类型 (例如 DIFFUSE 和 BASE_COLOR) 其实指的是同一个纹理，不过会有一些功能上的区别
		std::cout
			<< "EMISSIVE 自发光纹理数: " << material->GetTextureCount(aiTextureType_EMISSIVE) << "\n"
			<< "DIFFUSE 漫反射纹理数: " << material->GetTextureCount(aiTextureType_DIFFUSE) << "\n"
			<< "NORMAL 法线纹理数: " << material->GetTextureCount(aiTextureType_NORMALS) << "\n";

		// 材质对应的纹理文件名
		aiString materialPath;

		// 获取材质对应的纹理，有时候一个材质甚至会有多个名字相同，但是类型不同的纹理贴图
		// Assimp 为了区分这些纹理，特意设置了一个叫 Channel 通道的东西，如果名字相同，不同类型的纹理贴图会占据不同通道
		// GetTexture 的第二个参数就是通道索引，大部分材质同类型下最多只有一个纹理，所以第二个参数直接指定 0 就行
		// 注意 GetTexture 的返回值表示状态，aiReturn_SUCCESS 才算获取成功
		if (material->GetTexture(aiTextureType_EMISSIVE, 0, &materialPath) == aiReturn_SUCCESS)
		{
			std::cout << "EMISSIVE 自发光纹理文件名: " << materialPath.C_Str() << "\n";
		}
		if (material->GetTexture(aiTextureType_DIFFUSE, 0, &materialPath) == aiReturn_SUCCESS)
		{
			std::cout << "DIFFUSE 漫反射纹理文件名: " << materialPath.C_Str() << "\n";
		}
		if (material->GetTexture(aiTextureType_NORMALS, 0, &materialPath) == aiReturn_SUCCESS)
		{
			std::cout << "NORMAL 法线纹理文件名: " << materialPath.C_Str() << "\n";
		}

		std::cout << std::endl;

	}
	
	std::cout << "\n" << "总材质数: " << m_ModelScene->mNumMaterials << "\n\n";

	std::cout << "------------------------------------------------------------------------\n\n";



	// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------



	std::cout << "开始遍历网格! \n\n";

	// Mesh 网格相当于模型的皮肤，它存储了模型要渲染的顶点信息。在骨骼模型中，Mesh 需要依赖骨骼节点才能正确渲染
	// 遍历模型的所有 Mesh 网格
	for (UINT i = 0; i < m_ModelScene->mNumMeshes; i++)
	{
		// 当前网格
		const aiMesh* mesh = m_ModelScene->mMeshes[i];

		std::cout
			<< "网格名: " << mesh->mName.C_Str() << "\n"
			<< "顶点数: " << mesh->mNumVertices << "\n"
			<< "索引数: " << mesh->mNumFaces * 3 << "\n"
			<< "所用材质索引: " << mesh->mMaterialIndex
			<< " (对应材质: " << MaterialGroup[mesh->mMaterialIndex] << ") \n";

		// 如果 Mesh 有被骨骼影响到，就输出相关骨骼。对骨骼模型而言非常重要
		// 一个网格可以被多个骨骼影响到，这是因为网格依赖骨骼，附着在骨骼上，通常是整块整块附着
		// 关节是骨骼之间的连接点，这些网格很多都会覆盖关节 (或占据关节部分位置)，网格上的顶点受不同骨骼的影响程度各不相同
		if (mesh->HasBones())
		{
			std::cout << "受影响的骨骼: \n";

			// 遍历骨骼
			for (UINT i = 0; i < mesh->mNumBones; i++)
			{
				std::cout << mesh->mBones[i]->mName.C_Str() << std::endl;
			}
		}
		else	// 没有绑定骨骼，网格上的顶点坐标就表示相对于整个模型的绝对位置，即使是骨骼模型，也会有网格没被骨骼影响到
		{
			std::cout << "没有骨骼影响！\n";
		}

		std::cout << "\n";
	}

	std::cout << "总网格数: " << m_ModelScene->mNumMeshes << "\n\n";



	// ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------



	std::cout << "开始计算包围盒! \n\n";

	struct AABB		// AABB 包围盒，下一章有大用
	{
		float minBoundsX;	// 最小坐标点 X 值
		float minBoundsY;	// 最小坐标点 Y 值
		float minBoundsZ;	// 最小坐标点 Z 值

		float maxBoundsX;	// 最大坐标点 X 值
		float maxBoundsY;	// 最大坐标点 Y 值
		float maxBoundsZ;	// 最大坐标点 Z 值
	};

	AABB ModelBoundingBox;		// 模型 AABB 包围盒，用于调整摄像机视野，防止模型在摄像机视野外飞出去

	// 设置初始值
	ModelBoundingBox =
	{
		m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMin.x,
		m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMin.y,
		m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMin.z,

		m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMax.x,
		m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMax.y,
		m_ModelScene->mMeshes[0]->mAABB.mMax.z
	};

	// 逐网格遍历，计算整个模型的 AABB 包围盒，请注意导入模型时要指定 aiProcess_GenBoundingBoxes，否则 mAABB 成员会没有数据
	for (UINT i = 1; i < m_ModelScene->mNumMeshes; i++)
	{
		// 当前网格
		const aiMesh* mesh = m_ModelScene->mMeshes[i];

		// 更新总包围盒
		ModelBoundingBox.minBoundsX = std::min(mesh->mAABB.mMin.x, ModelBoundingBox.minBoundsX);
		ModelBoundingBox.minBoundsY = std::min(mesh->mAABB.mMin.y, ModelBoundingBox.minBoundsY);
		ModelBoundingBox.minBoundsZ = std::min(mesh->mAABB.mMin.z, ModelBoundingBox.minBoundsZ);

		ModelBoundingBox.maxBoundsX = std::max(mesh->mAABB.mMax.x, ModelBoundingBox.maxBoundsX);
		ModelBoundingBox.maxBoundsY = std::max(mesh->mAABB.mMax.y, ModelBoundingBox.maxBoundsY);
		ModelBoundingBox.maxBoundsZ = std::max(mesh->mAABB.mMax.z, ModelBoundingBox.maxBoundsZ);
	}

	std::cout << "模型包围盒: "
		<< "min(" << ModelBoundingBox.minBoundsX << ","
		<< ModelBoundingBox.minBoundsY << ","
		<< ModelBoundingBox.minBoundsZ << ") "
		<< "max(" << ModelBoundingBox.maxBoundsX << ","
		<< ModelBoundingBox.maxBoundsY << ","
		<< ModelBoundingBox.maxBoundsZ << ")" << std::endl;

	return 0;
}

在这里插入图片描述

下一章，我们将正式开始 Assimp 征程，学习模型在 DX12 上的导入与加载。

下一章教程： DX12 快速教程(10) —— 渲染模型

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