FBX、DAE模型的格式、导入与骨骼动画

Question

如题所述

Answer 1

探索3D模型的卓越伙伴：FBX与DAE格式的深度解析

自上世纪90年代的游戏革命以来，3D模型格式的演变见证了技术的飞跃。从简化模型的OBJ和3DS，到ID Tech系列的MD2、MD3等，骨骼动画的出现，尤其是MD5对顶点蒙皮的支持，推动了实时渲染领域的发展。Autodesk、Microsoft和Khronos等巨头联手，催生了通用标准，如Autodesk的FBX和Khronos的DAE，它们在处理3D模型的骨骼动画方面扮演了关键角色。

FBX和DAE，作为当前的主流格式，分别由Autodesk和Khronos维护，它们各有特色。FBX，作为封闭格式，专为游戏引擎设计，得益于Autodesk SDK的强大支持，而DAE（Collada）则是开放标准，虽功能广泛但相较于FBX，其完善度稍逊。除此之外，还有针对VR和特定引擎优化的定制化格式。

FBX的组织结构以Scene节点树为基石，允许多模型共存，编程时需分别处理。通过FbxImporter，我们可以解析和转换模型，获取关键的动画、网格和骨骼信息，如C++示例所示：

C++: FbxScene *pScene = FbxScene::Create(...); pSdkImporter->Import(pScene);

解析模型时，通过递归处理ProcessNode，我们重点聚焦Mesh，提取位置、纹理、骨骼影响数据，包括骨骼蒙皮。在每个Mesh上，我们计算骨骼点索引和权重，存储于t3DJoint结构，同时处理LinkingBoneNode，计算关节变换矩阵。

DAE的处理则稍显复杂，数据结构更自由，如需获取cluster中存储的顶点信息，需遍历多层循环。例如，获取FBX中的控制点，需要通过mtBindShape矩阵，这是模型制作者用于调整网格的矩阵，如C++代码所示：

C++: FbxVector4 lT, lR, lS; ... GetMatrixValue(FbxAMatrix(lT, lR, lS), &mtBindShape);

骨骼驱动和Attach关系的识别是关键，DAE模型虽加载灵活，但其动画支持相对较弱，文档更新也较为滞后。处理时，需针对不同的模型结构进行调整。

DAE文件结构包含VisualScenes、Nodes和Geometries，解析顺序为场景节点、网格和控制器、材质，再到动画。静态模型主要由VisualScenes和Geometries构成。而在处理过程中，动画部分的复杂性尤为突出，由于数据组织的灵活性，读取时需要针对不同模型进行定制。

在DAE的节点变换中，XML格式的表示方式体现了早期OpenGL的痕迹，这在计算节点变换时带来了额外的挑战。比如，一个关节节点的复杂变换，可能包含如下的XML表示：

XML: <node id="l_knee">...

面对这样的复杂性，我们不仅要理解模型矩阵，可能还需要自建系统。对于动画处理，关键帧的动画数据替换和矩阵计算是必不可少的，如C++代码所示：

根据关键帧信息设置矩阵或旋转量，并应用到模型变换中。
处理旋转时，根据旋转轴调整qRotation。

模型的包围盒，尤其是骨骼动画模型，是渲染器的重要组成部分。计算动态包围盒时，必须在应用层或GPU上进行，不能预先确定，这要求我们在导入阶段进行精心的计算和合并，如ZWModelBase::t3DObject::GetRetrictingBoundingBox所示。

在优化过程中，我们预先计算关节的最大包围盒，以减少动画对性能的影响。总结来说，FBX和DAE格式在处理3D模型和骨骼动画时，提供了强大的工具，但同时也需要开发者深入理解其复杂性并灵活运用。

本文摘自ZwqXin.com，原文链接：[原文链接]，发表日期：2013-4-30