Возникла необходимость читать 3D-модель из Wavefront OBJ-файла. Нормального ридера не нашёл, поэтому решил сделать сам. Есть дельфовый, FMX, со своими ограничениями и причудами. Есть всякие рекомендации в инете, обрывочные и несистематизированные. А хотелось бы иметь законченный модуль, включил и погнали.
Цели
Хочется сделать простой по структуре и быстрый класс загрузчика 3D-модели из OBJ-файла. Без дополнительных связей и модулей. Без нарушения чьих-либо авторских прав. Всё только на базе Delphi. Пусть он будет называться TWFModel.
Цели сделать полноценный Viewer пока не стоит. На данном этапе нужен инструмент, позволяющий оценить правильность работы ридера. Просмотрщик, который сможет показать и повертеть 3D-модель. Чтобы в случае возникновения каких-то спорных моментов, увидеть где косяк.
Ни DirectX, ни OpenGL пока трогать не будем, так как в процессе отладки надо что-то рисовать поверх, нормали, например, номера вершин, а при использовании указанных технологий это делать не то, чтобы невозможно, но неоправданно для таких целей. Поэтому делаем всё в старом добром Canvas, но с привлечением Direct2D. Потому что рисовать в GDI — ну, некрасиво, а GDIP — тормоза, умрём уже на сотне вершин.
На данном этапе хочется увидеть структуру файла и геометрически правильное изображение в 3D. Понятно, что нормального Z-буфера организовать не получится, поэтому отображение может простительно лажать, когда поверхность, которая должна быть под, вдруг оказывается поверх. Мы это прощаем, потому что знаем из-за чего, и не ждём идеального отображения. Для этих целей есть монстры, перечисленные выше. И которыми конечно займёмся, попозже.
Особенности реализации
Во главу угла поставлена простота реализации и ясность в понимании кода. Формат файла Wavefront не исчерпывается опубликованным ранее описанием, и возможно, в будущем, захочется расширить ридер. Не хочется потом, когда всё забудешь, заново всё изучать. В связи с чем выбран описанный далее подход. Если вкратце, он заключается в том, чтобы вся логика загрузчика заключалась в минимуме строк. Записи и массивы хороши тем, что не требуют ручного освобождения памяти под себя. Хэлперы повышают читаемость кода.
Записи (record)
Структура OBJ-файла не содержит сложной иерархии и замысловатого алгоритма обработки, поэтому особой необходимости делать классы на каждый оператор не увидел. В силу этого данные операторов представлены типом записи (record). В каждой записи при необходимости реализуем конструктор. Потом будет удобно передавать запись в качестве параметра. Многие записи содержат метод ToString. Согласитесь, удобно вызывать его там, где требуется отобразить информацию о записи.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 |
// Вещественный трипл TWFTripple = record constructor Create(AA, AB, AC: Single); function ToString: string; case Integer of 0: (V: array[0..2] of Single;); 1: (A, B, C: Single;);// =0, no value end; {$Region 'TWFTripple'} constructor TWFTripple.Create(AA, AB, AC: Single); begin A := AA; B := AB; C := AC; end; function TWFTripple.ToString: string; begin Result := FormatFloat('0.######',A) + '/' + FormatFloat('0.######',B) + '/' + FormatFloat('0.######',C) end; {$EndRegion} |
Динамические массивы
Для хранения подобных записей тут же объявляется соответствующий тип массива TArray<тип записи>.
1 |
TWFTrippleDynArray = TArray<TWFTripple>; |
Единственная операция с таким массивом, которая нам понадобится, это добавление. Для этой цели пишем запакованный класс в секции implementation, который работает сразу для всех типов таких массивов.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 |
{$Region 'Sealed class for TArray<T>'} type TArrays = class sealed class function Add<T>(var A: TArray<T>; const V: T): Integer; static; end; class function TArrays.Add<T>(var A: TArray<T>; const V: T): Integer; begin Result := Length(A); SetLength(A, Result+1); A[Result] := V; end; {$EndRegion} |
Таким образом, в коде, при добавлении очередного параметра в массив, нам понадобится всего одна запись (FTripples: TWFTrippleDynArray):
1 2 |
Result := TArrays.Add<TWFTripple>( FTripples, TWFTripple.Create(A,B,C)); |
Helpers
У нас используется два типа динамических массивов, объявленных как array of.
1 2 |
TPoint3DDynArray = array of TPoint3D; TIntegerDynArray = array of Integer; |
К сожалению, класс, описанный выше, для них не действует. Поэтому, специально для этих типов пишем пару хэлперов:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 |
{$Region 'Helpers for DynArrays'} type TPoint3DDynArrayHelper = record helper for TPoint3DDynArray function Add(const V: TPoint3D): Integer; end; TIntegerDynArrayHelper = record helper for TIntegerDynArray function Add(const V: Integer): Integer; end; { TPoint3DDynArrayHelper } function TPoint3DDynArrayHelper.Add(const V: TPoint3D): Integer; begin Result := Length(Self); SetLength(Self, Result+1); Self[Result] := V; end; { TIntegerDynArrayHelper } function TIntegerDynArrayHelper.Add(const V: Integer): Integer; begin Result := Length(Self); SetLength(Self, Result+1); Self[Result] := V; end; {$EndRegion} |
Массивы приобрели метод Add. Что позволит удобно и понятно вызвать его в основном коде.
1 2 3 4 |
Result := Points.Add(Point3D( StrToSingle(A[0]), StrToSingle(A[1]), StrToSingle(A[2]))); |
В секции implementation хелперы находится для того, чтобы не пересекаться с возможными хелперами снаружи. Другие хелперы, если они есть, нас не интересуют, потому что нам нужен только Add.
Конвертирование строки
В листинге выше задействована некая функция StrToSingle. Это на самом деле метод класса TWFModel, который даже не классовый. Хотя парой движений может им стать, но не стал. Почему именно метод, а не какая-то локальная функция.
В подобных парсерах большая часть времени тратится на конвертацию строки в вещественное число. И связано это в первую очередь с тем, что заранее неизвестно, что является символом разделителем дробной и целой частей.
Поэтому предлагается следующее. Пока символ разделитель непонятен, ищем наличие либо точки, либо запятой в предлагаемой к парсу строке, и если находим, то далее и навсегда считаем этот символ разделителем дробной и целой частей. А пока этого не произошло, воспринимаем строку, как целое число. Потому что, если нет разделителя, значит нет и дробной части.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
function TWFModel.StrToSingle(const S: string; Default: Single = 0): Single; begin if FFS.DecimalSeparator=Chr(0) then if Pos('.', S)>0 then FFS.DecimalSeparator := '.' else if Pos(',', S)>0 then FFS.DecimalSeparator := ',' else exit(StrToIntDef(S, Round(Default))); Result := StrToFloatDef(S, Default, FFS); end; |
В самом начале чтения файла инициализируем локальное поле класса FFS: TFormatSettings:
1 2 |
FFS := TFormatSettings.Create; FFS.DecimalSeparator := Chr(0); |
Как только обнаружили символ разделитель, мы перестаём что-либо анализировать и просто вызываем StrToFloatDef(S, Default, FFS). И это работает быстро.
Мы используем внутреннее поле класса, поэтому оформлено не функцией, а методом класса. Конечно, можно передавать FFS в качестве var параметра. Но зачем, собственно. Мы не собираемся использовать этот метод где-то ещё. Как правило, в тех местах, где требуется подобное, есть свои нюансы. Торчать наружу всеми своими методами вредно.
Читаем OBJ-файл
Вновь обращаемся к предоставленному ранее описанию структуры OBJ-файла. В нём содержится достаточный объём информации, чтобы построить 3D-модель. Очевидно, что центральным методом класса, будет метод чтения. Все остальные будет просто его обслуживать.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 |
function TWFModel.LoadFromFile(const AFileName: string): Boolean; var F: TextFile; S: string; M: string; L: Integer; begin Clear; FModelFileName := AFileName; Result := FileExists(AFileName); if not Result then exit; M := ChangeFileExt(AFileName, '.mtl'); AssignFile(F, AFileName); try Reset(F); L := 0; while not EOF(F) do begin Readln(F, S); Inc(L); // Комментарии и пустые строки пропускаем if (S='') or (S.Chars[0]='#') then continue; S := S.Trim; // Определяем оператор case S[1] of 'v' : // Читаем вершину ReadVertices(S); 'f' : // Читаем поверхности ReadFaces(S, L); 'u' : // usemtl - Читаем материал FMaterialId := ReadMaterial(S, FMaterialId); 's' : // Читаем номер группы сглаживания FSmoothingId := ReadSmoothingGroup(S); 'g' : // Читаем название новой группы FGroupId := AddGroup(S.Substring(2).Trim); 'o' : // Читаем название нового объекта FObjectId := AddObject(S.Substring(2).Trim); 'm' : // mtllib - читаем название файла материала M := ReadMaterialFileName(S, FMaterialFileName); end; end; finally CloseFile(F); end; LoadMaterials(M); end; |
Почему такой способ, через TextFile. Потому что он быстрее, чем Stream. А мы хотим читать быстро. На всякий случай, в исходнике есть способ и через TStreamReader с подключением System.IOUtils.
Мы просто пробегаем по строкам файла, берём первый символ и, в зависимости от того, что он содержит, выполняем те или иные действия. Если будем далее наращивать возможности класса, например, чтением объектов свободной формы, просто расширим оператор case большим количеством селекторов.
Читаем данные вершин
У нас есть три типа вершины — геометрическая, нормаль и текстурная. Первый символ v однозначно утверждает, что в строке содержаться некие вещественные координаты. Второй символ нам расскажет, чьи конкретно координаты:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 |
procedure TWFModel.ReadVertices(const AText: string); var S: string; begin // Убираем первую буковку "v" S := AText.Substring(2).Trim; case AText.Chars[1] of ' ' : // Читаем геометрические координты AddTo(FVertices, S); 'n' : // Читаем коэффициенты нормали AddTo(FNormals, S); 't' : // Читаем текстурные координаты AddTo(FTextures, S); end; end; |
В описании формата сказано, что нумерация массивов координат сквозная, одна на протяжении всего файла. Поэтому, в классе TWFModel, описываем три массива для хранения координат разных типов, без привязки к чему либо. Просто три здоровых массива Туда будут складываться вершины по мере поступления.
1 2 3 4 5 6 7 |
private // Массив геометрических координат FVertices: TPoint3DDynArray; // Массив коэффициентов нормали FNormals: TPoint3DDynArray; // Массив текстурных координат FTextures: TPoint3DDynArray; |
Для добавления значения в массив у нас есть метод:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
function TWFModel.AddTo(var Points: TPoint3DDynArray; const S: string): Integer; var A: TArray<string>; begin A := S.Split([Chr(32)]); if Length(A) < 3 then SetLength(A,3); Result := Points.Add(Point3D( StrToSingle(A[0]), StrToSingle(A[1]), StrToSingle(A[2]))); end; |
В нём мы используем метод строки Split, которому указываем, что хотим получить разбивку по разделителю «пробел». Практика показала, что он работает быстрее, чем пробег по строке с накоплением символов до очередного пробела (или разделителя).
Читаем объект и группу
Для операторов объекта и группы заведём соответствующий тип записи. А также типы массивов на них.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
// Объект TWFObject = record FName: string; // Название объекта constructor Create(const AName: string); end; TWFObjectDynArray = TArray<TWFObject>; // Группа TWFGroup = record FName: string; // Название группы FObjIndex: Integer; // Индекс родительского объекта constructor Create(const AName: string); end; TWFGroupDynArray = TArray<TWFGroup>; constructor TWFObject.Create(const AName: string); begin FName := AName; end; constructor TWFGroup.Create(const AName: string); begin FName := AName; FObjIndex := -1; end; |
Для хранения массивов заведём в классе TWFModel следующие поля:
1 2 3 4 5 |
private // Массив объектов FObjects: TWFObjectDynArray; // Массив групп объектов FGroups: TWFGroupDynArray; |
Тоже массивы, тоже действуют на всём протяжении файла.
При формировании массивов мы не будем искать уже существующие данные по названию. Считаем, что каждое появление оператора o или g — это новый объект или группа. На построение модели это не влияет, а группировать удобней будет именно так.
Считывая данные по этим операторам, мы должны указать, что в данный момент действует объект и группа с такими-то индексами в массиве. Это понадобится при формировании структуры face, о чём ниже. Конкретно для этих операторов можно было бы просто брать длину массива минус один, но для единообразия, да и на всякий случай, будем хранить индексы текущих объектов в соответствующих приватных полях класса.
1 2 3 4 5 6 7 |
private // Индекс текущего объекта FObjectId: Integer; // Индекс текущей группы FGroupId: Integer; // Номер сглаживающей группы FSmoothingId: Integer; |
Для сглаживающей группы массив не нужен. Это просто номер, который означает, что в данный момент у нас подразумевается сглаживание под таким-то номером.
Методы, добавляющие объект или группу, возвращают индекс добавленного:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 |
function TWFModel.AddObject(const AText: string): Integer; begin // Добавляем объект в массив Result := TArrays.Add<TWFObject>(FObjects, TWFObject.Create(AText)); // В новом объекте пока нет ни одной группы FGroupId := -1; end; function TWFModel.AddGroup(const AText: string): Integer; begin // Группу можно добавить только в объект if FObjectId < 0 then // Если объект не указан, добавим его FObjectId := AddObject('default'); Result := TArrays.Add<TWFGroup>(FGroups, TWFGroup.Create(AText)); FGroups[Result].FObjIndex := FObjectId; end; |
Нюансы смотрим в комментариях. При добавлении объекта сбрасываем индекс текущей группы. Если её не будет существовать на момент добавления данных face, будет создана группа по умолчанию. При добавлении группы смотрим, есть ли объект, и если ещё объектов не было — добавляем объект.
Текущий индекс объекта и группы формируется при вызове методов из оператора case метода загрузки OBJ-файла:
1 2 3 4 |
'g' : // Читаем название новой группы FGroupId := AddGroup(S.Substring(2).Trim); 'o' : // Читаем название нового объекта FObjectId := AddObject(S.Substring(2).Trim); |
Немного про сглаживающую группу. Это просто номер или off после буковки s. Поэтому, для чтения этого номера, существует простой классовый метод:
1 2 3 4 5 6 7 |
class function TWFModel.ReadSmoothingGroup(const AText: string): Integer; var S: string; begin S := AText.Substring(2).Trim; if S = 'off' then exit(0); result := StrToIntDef(S, 0) end; |
И вызывается он при встрече с оператором s:
1 2 3 |
's' : // Читаем номер группы сглаживания FSmoothingId := ReadSmoothingGroup(S); |
Читаем материал
Материал, это запись особая. Её особенность в том, что из OBJ мы берём только имя. А заполнять данные по имени материала будем уже потом, когда станем читать файл MTL. Поэтому, в массиве материалов не должно быть одинаковых имён. Имя материала — это идентификатор.
Описание такое:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |
// Материал TWFMaterial = record FName: string; // Имя материала FDMapFile: string; // Файл текстуры FAmbient: TWFColor; // Окружающий цвет FDiffuse: TWFColor; // Диффузный цвет FSpecular: TWFColor;// Зеркальный цвет FShininess: Single; // Фокус бликов constructor Create(const AName: string); end; TWFMaterialDynArray = TArray<TWFMaterial>; {$Region 'TWFMaterial'} constructor TWFMaterial.Create(const AName: string); begin FName := AName; FAmbient := TWFColor.Create(-1,-1,-1); FDiffuse := TWFColor.Create(-1,-1,-1); FSpecular := TWFColor.Create(-1,-1,-1); FShininess := 0; FDMapFile := ''; end; {$EndRegion} |
Для добавления материала в массив, с учётом того, что имя уникально, существует метод:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
function TWFModel.AddMaterial(const AText: string): Integer; var I: Integer; begin // Имя материала должно быть уникальным for I := 0 to High(FMaterials) do if AnsiCompareText(FMaterials[I].FName, AText)=0 then exit(I); // Добавляем, если не нашли Result := TArrays.Add<TWFMaterial>(FMaterials, TWFMaterial.Create(AText)); end; |
Чтением материала из строки по оператору usemtl занимается метод:
1 2 3 4 5 6 7 |
function TWFModel.ReadMaterial (const AText: string; ADefault: Integer): Integer; begin if not AnsiLowerCase(AText).StartsWith('usemtl', True) then exit(ADefault); Result := AddMaterial(AText.Substring(6).Trim); end; |
Параметр ADefault тут нужен для того, чтобы при ошибочном чтении не сбился индекс текущего материала:
1 2 |
'u' : // usemtl - Читаем материал FMaterialId := ReadMaterial(S, FMaterialId); |
При вызове, в качестве значения по умолчанию, передаём текущий индекс.
Читаем поверхности face
Обратимся к описанию ссылочного оператора face. Помимо того, что он связывает вершины, он ещё находится под влиянием ранее установленных групповых операторов. Поэтому, в дополнение к вершинам, в структуре для face должны хранится индексы группы, материала и номер сглаживающей группы. Вершиной для face является тройка индексов — геометрия, текстура, нормаль. Если индекс равен 0, значит данных по нему нет.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 |
// Трипл индексов для вершины P/T/N TWFVertex = record constructor Create(Point, Texture, Normal: Integer); function ToString: string; case Integer of 0: (V: array[0..2] of Integer;); 1: (P, T, N: Integer;);// =0, no value end; TWFVertexDynArray = TArray<TWFVertex>; // Запись для face TWFFace = record FGroupIndex: Integer; // Индекс группы FMatIndex: Integer; // Индекс материала FLineId: Integer; // Номер линии в файле FSmoothingId: Integer; // Номер группы сглаживания FData: TWFVertexDynArray; // Массив вершин constructor Create(AGroupIndex, AMatIndex, ALineId, ASmoothingId: Integer); function ToString: string; // Строковое представление массива end; TWFFaceDynArray = TArray<TWFFace>; {$Region 'TWFVertex'} constructor TWFVertex.Create(Point, Texture, Normal: Integer); begin P := Point; T := Texture; N := Normal; end; function TWFVertex.ToString: string; begin Result := ''; if P > 0 then Result := Result + IntToStr(P) + '/' else exit(''); if T > 0 then Result := Result + IntToStr(T) + '/' else Result := Result + '/'; if N > 0 then Result := Result + IntToStr(N); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFFace'} constructor TWFFace.Create(AGroupIndex, AMatIndex, ALineId, ASmoothingId: Integer); begin FGroupIndex := AGroupIndex; FMatIndex := AMatIndex; FLineId := ALineId; FSmoothingId := ASmoothingId; SetLength(FData, 0); end; function TWFFace.ToString: string; var i: Integer; begin Result := ''; if Length(FData) = 0 then exit; for i := 0 to High(FData) do Result := Result + FData[i].ToString + ' '; Result := Trim(Result); end; {$EndRegion} |
Как мы знаем из описания, в операторе face может находиться более трёх вершин. Это означает, что в строке содержится описание треугольников, имеющих одну общую точку и одну общую грань.

Например, на рисунке выделен один face, состоящий из двух треугольников (4-3-7) и (4-7-8). В файле эта запись присутствует в таком виде:
1 |
f 4/5/2 3/4/2 7/6/2 8/7/2 |
Поэтому, в структуре face мы не будем хранить данные один-в-один с файлом. Мы будем отслеживать подобные ситуации и добавлять полноценные треугольники. Если количество троек в строке f больше трёх, значит у нас тут особый случай.
В таком особом случае, перед вставкой каждой следующей вершины, после уже вставленных трёх, будем добавлять самую первую вершину — это общая и последнюю от предыдущего треугольника (предпоследнюю в массиве, смотри код ниже).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 |
procedure TWFModel.ReadFaces(const AText: string; ALine: Integer); var A,C: TArray<string>; I,J: Integer; V: TWFVertex; F: TWFFace; begin A := AText.Split([' ']); if Length(A) < 2 then exit; if FGroupId<0 then FGroupId := AddGroup('default'); F := TWFFace.Create(FGroupId, FMaterialId, ALine, FSmoothingId); for I := 1 to High(A) do // 0='f' begin C := A[I].Split(['/']); if Length(C) < 1 then continue; V := TWFVertex.Create(0,0,0); for J := 0 to 2 do if Length(C) > J then V.V[j] := StrToIntDef(C[j],0); // Если триплов больше 3, это "запакованные" данные if I>3 then begin // Поэтому, перед вставкой вершины, добавим ещё две: // Общая вершина TArrays.Add<TWFVertex>(F.FData,F.FData[0]); // Предпоследняя вершина // Потому что на последнем месте уже стоит 0-я TArrays.Add<TWFVertex>(F.FData,F.FData[High(F.FData)-1]); end; TArrays.Add<TWFVertex>(F.FData,V); end; TArrays.Add<TWFFace>(FFaces, F); end; |
Читаем MTL-файл
В этом файле хранится информация по материалам, которые «засветились» в процессе чтения OBJ-файла. Читая этот файл, мы можем к имени материала присовокупить ряд других атрибутов, включая текстуру, которые сильно помогут при построении 3D-модели в OpenGL. Нам пока ничего из этого не надо, кроме цвета материала.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 |
function TWFModel.WFColor(const AA, AB, AC: string): TWFColor; begin Result := TWFColor.Create( StrToSingle(AA, 1), StrToSingle(AB, 1), StrToSingle(AC, 1)); end; function TWFModel.LoadMaterials(const AFileName: string): Boolean; var A: TArray<string>; F: TextFile; S,W: string; Id,P: Integer; begin FMaterialFileName := AFileName; if not FileExists(FMaterialFileName) then FMaterialFileName := ChangeFileExt(FMaterialFileName, '.mtl'); if not FileExists(FMaterialFileName) then FMaterialFileName := ExtractFilePath(FModelFileName) + ExtractFileName(FMaterialFileName); Result := FileExists(FMaterialFileName); if not Result then exit; Id := -1; FFS.DecimalSeparator := Chr(0); AssignFile(F, FMaterialFileName); try Reset(F); while not EOF(F) do begin Readln(F, S); if (S='') or (S.Chars[0]='#') then continue; A := S.Trim.Split([' ']); if Length(A)<4 then SetLength(A,4); W := AnsiUpperCase(A[0]); if W='NEWMTL' then begin Id := AddMaterial(S.Substring(6).Trim); continue; end; if Id < 0 then Id := AddMaterial('default'); if W='KA' then FMaterials[Id].FAmbient := WFColor(A[1], A[2], A[3]) else if W='KD' then FMaterials[Id].FDiffuse := WFColor(A[1], A[2], A[3]) else if W='KS' then FMaterials[Id].FSpecular := WFColor(A[1], A[2], A[3]) else if W='NS' then FMaterials[Id].FShininess := StrToSingle(A[1]) else if W='MAP_KD' then begin P := Pos(S,A[0]) + Length(A[0]); FMaterials[Id].FDMapFile := S.Substring(P); end; end; finally Closefile(F); end; end; |
Отображаем 3D-модель
Итак, OBJ-файл прочитан, данные для построения модели есть, что дальше?
Подготовка
После прочтения файла у нас есть набор вершин трёх видов. Но для отображения нам понадобиться указать, какая с какой связаны, какие вершины образуют треугольник. Это информация у нас есть, но её надо предварительно обработать. Предположим, что за отрисовку модели у нас отвечает класс TScene3D. Опишем в нём такие поля массивов:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
private // Массив индексов геометрических вершин FIndicesArray: TIntegerDynArray; // Массив индексов текстурных вершин FTexturesArray: TIntegerDynArray; // Массив индексов нормалей в вершинах FNormalsArray: TIntegerDynArray; // Карта материала FMaterialsArray: TIntegerDynArray; |
После того, как загрузили модель, необходимо пройтись по всем face’ам и составить карты индексов. Например, FIndicesArray — это массив, в котором содержатся тройки индексов, указывающих на массив геометрических вершин, образующих треугольник. То же самое касается и FTexturesArray, и FNormalsArray. FMaterialsArray — это массив, в котором содержатся индексы материалов, которые применимы к поверхности. Длина массива FMaterialsArray — это количество всех треугольников в модели. То есть, втрое меньше, чем в предыдущих массивах.
Процедура обработки, которую имеет смысл вызывать единственный раз после того, как открыли 3D-модель из файла.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 |
procedure TScene3D.MakeGroupsIndices; var i, j, k: Integer; F: TWFFace; begin Clear; for i := 0 to High(FModel.Faces) do begin F := FModel.Faces[i]; k := 0; for j := 0 to High(F.FData) do begin SetLength(FIndicesArray, Length(FIndicesArray)+1); FIndicesArray[High(FIndicesArray)] := F.FData[j].P; SetLength(FTexturesArray, Length(FTexturesArray)+1); FTexturesArray[High(FTexturesArray)] := F.FData[j].T; SetLength(FNormalsArray, Length(FNormalsArray)+1); FNormalsArray[High(FNormalsArray)] := F.FData[j].N; Inc(k); if k = 3 then begin SetLength(FMaterialsArray, Length(FMaterialsArray)+1); FMaterialsArray[High(FMaterialsArray)] := F.FMatIndex; k := 0 end; end; end; end; |
В последующем, такой же массив надо будет делать и для сглаживающих групп. Но пока он не нужен.
По сути, в массиве FIndicesArray теперь содержится программа отрисовки модели. Для отрисовки нам надо пройтись по массиву, каждый раз считывая три элемента, по этим индексам найти координаты в массиве геометрических вершин и нарисовать треугольник. И так далее, тройками, до конца массива.
Рисуем 3D-модель
Предположим, что у нас уже есть посчитанная матрица аффинного преобразования. Тогда мы просто идём по массиву FIndicesArray, каждый раз беря три вершины и рассчитываем их. В листинге ниже обрабатывается расстояние от точки до камеры, чтобы потом отсортировать и рисовать от самых дальних к самым ближним. Такое себе подобие Z-буфера. Но между тем, работает. Не блестяще, конечно, но представление о модели даёт.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 |
procedure TScene3D.DrawFigure3D(ACanvas: TDirect2DCanvas; const Matrix3D: TMatrix3D; const Points: TPoint3DDynArray; const Indices: TIntegerDynArray); var Px: TPaint3DTrioDynArray; i, Idx, Cnt, I1, I2, I3: Integer; A,B,C: TVector3D; D,E,F: TPointF; DL, DA, DB, DC, MinD, MaxD: Single; Trio: TPaint3DTrio; Clr: TColor; begin if (Length(Indices) < 9) or (Length(Points)< 3) then exit; Cnt := Length(Indices) div 3; MinD := MaxSingle; MaxD := -MaxSingle; SetLength(Px, Cnt); Idx := 0; // Цикл по количеству треугольников for i := 0 to Cnt-1 do begin // Индексы для получения координат I1 := Indices[i*3+0]-1; I2 := Indices[i*3+1]-1; I3 := Indices[i*3+2]-1; // Какого-то индекса нет (0), пропускаем случай if (I1<0) or (I2<0) or (I3<0) then continue; // Применяем к координатам преобразование A := Points[I1]*Matrix3D; B := Points[I2]*Matrix3D; C := Points[I3]*Matrix3D; // Вычисляем дистанцию до камеры DA := A.Distance(FCamera); DB := B.Distance(FCamera); DC := C.Distance(FCamera); // Применяем трансформацию всей сцены A := A * FTransform; B := B * FTransform; C := C * FTransform; // Параметры для сортировки и отображения DL := Max(DA, Max(DB, DC)); MinD := Min(MinD, Min(DA, Min(DB, DC))); MaxD := Max(MaxD, DL); // Вычисляем координаты для 2D D := PointF(A.X/A.W, A.Y/A.W); E := PointF(B.X/B.W, B.Y/B.W); F := PointF(C.X/C.W, C.Y/C.W); // Формируем трио координат для отображения Px[Idx] := TPaint3DTrio.Create(D, E, F, DL, I1, I2, I3, 0); // Карта цвета для поверхностей if UseModelColors and (FColors<>nil) then Px[Idx].FColor := FColors[i]; // Карта выбранных поверхностей Px[Idx].FSelected := (FSelected<>nil) and (FSelected[Idx]<>0); // Инкрементируем счётчик поверхностей Inc(Idx); end; // Сортируем массив от самых дальних к самым ближним TArray.Sort<TPaint3DTrio>(Px, TComparer<TPaint3DTrio>.Construct( function (const Left, Right: TPaint3DTrio): Integer begin Result := Sign(Right.FD-Left.FD) end)); // Рисуем MaxD := MaxD - MinD; for i := 0 to High(Px) do begin Trio := Px[i]; Idx := 110+Trunc(110*(Trio.FD-MinD)/MaxD); if UseModelColors then Clr := Lighter(Trio.FColor, Trunc(90*Idx/256)) else Clr := RGB(Idx, Idx, Idx); if Trio.FSelected then Clr := MixColorTwo(clOlive, Clr, 50); if not DrawSoftEdges then D2DDrawLines(ACanvas, [Trio.FA, Trio.FB, Trio.FC], -1, Clr) else D2DDrawPolygon(ACanvas, [Trio.FA, Trio.FB, Trio.FC], Lighter(Clr,50), Clr); end; end; |
Ужасный TDirect2DCanvas
TDirect2DCanvas в Delphi сделан отвратительно. Там нет ни альфы в цвете, ни вещественных координат. Тот небольшой набор методов, который призван закрыть этот недостаток, ничего не закрывает. Поэтому, под спойлером, «небольшой» блок для рисования полупрозрачных плоскостей, линий и текста в вещественных координатах, используя TDirect2DCanvas.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 |
// Установить текущий цвет кисти procedure D2DSetBrushColor(ACanvas: TDirect2DCanvas; const Value: TColor; Alpha: Single); var LBrush: ID2D1SolidColorBrush; begin if Supports(ACanvas.Brush.Handle, ID2D1SolidColorBrush, LBrush) then LBrush.SetColor(D2D1ColorF(Value, ALpha)); end; // Нарисовать полигон procedure D2DDrawPolygon(ACanvas: TDirect2DCanvas; const Points: TPointFDynArray; AFillColor, ALineColor: TColor; ALineWidth: Single = 1); var Geometry: ID2D1PathGeometry; Sink: ID2D1GeometrySink; I: Integer; Tmp: TBrushStyle; Clr: TColor; StrokeStyle: ID2D1StrokeStyle; begin Tmp := ACanvas.Brush.Style; Clr := ACanvas.Brush.Color; try if AFillColor <> clNone then begin ACanvas.Brush.Style := bsSolid; D2DSetBrushColor(Acanvas, AFillColor, 0.8); end else ACanvas.Brush.Style := bsClear; ACanvas.Pen.Color := ALineColor; D2DFactory.CreatePathGeometry(Geometry); OleCheck(Geometry.Open(Sink)); try Sink.BeginFigure(TD2D1Point2F(Points[0]), D2D1_FIGURE_BEGIN_FILLED); try for I := 1 to High(Points) do Sink.AddLine(TD2D1Point2F(Points[I])); finally Sink.EndFigure(D2D1_FIGURE_END_CLOSED); end; finally Sink.Close; end; D2DFactory.CreateStrokeStyle( D2D1StrokeStyleProperties( D2D1_CAP_STYLE_ROUND, D2D1_CAP_STYLE_ROUND, D2D1_CAP_STYLE_ROUND, D2D1_LINE_JOIN_ROUND, 10, 0), nil, 0, StrokeStyle); if ACanvas.Brush.Style <> bsClear then ACanvas.RenderTarget.FillGeometry(Geometry, ACanvas.Brush.Handle); ACanvas.RenderTarget.DrawGeometry(Geometry, ACanvas.Pen.Brush.Handle, ALineWidth, StrokeStyle); finally ACanvas.Brush.Style := Tmp; ACanvas.Brush.Color := Clr; end; end; // Нарисовать ломаную procedure D2DDrawLines(ACanvas: TDirect2DCanvas; const APoints: TPointFDynArray; ACount: Integer = -1; AColor: TColor = clBlack; AWidth: Single = 1; const APenStyle: TPenStyle = psSolid; const CapStart: Boolean = False; const CapEnd: Boolean = False); const Styles: array[psDash..psDashDotDot] of TD2D1DashStyle = (D2D1_DASH_STYLE_DASH, D2D1_DASH_STYLE_DOT, D2D1_DASH_STYLE_DASH_DOT, D2D1_DASH_STYLE_DASH_DOT_DOT); var I: Integer; P1, P2: TPointF; StrokeStyle: ID2D1StrokeStyle; A, sn, cs: Single; begin if ACount<0 then ACount := Length(APoints); if ACount=0 then exit; ACanvas.Pen.Color := AColor; D2DFactory.CreateStrokeStyle( D2D1StrokeStyleProperties( D2D1_CAP_STYLE_ROUND, D2D1_CAP_STYLE_ROUND, D2D1_CAP_STYLE_ROUND, D2D1_LINE_JOIN_ROUND, 10, Styles[APenStyle]), nil, 0, StrokeStyle); P1 := APoints[0]; for i := 1 to ACount-1 do begin P2 := APoints[i]; ACanvas.RenderTarget.DrawLine( TD2D1Point2F(P1), TD2D1Point2F(P2), ACanvas.Pen.Brush.Handle, AWidth, StrokeStyle); P1 := P2; end; ACanvas.RenderTarget.DrawLine( TD2D1Point2F(P2), TD2D1Point2F(APoints[0]), ACanvas.Pen.Brush.Handle, AWidth, StrokeStyle); if not (CapStart or CapEnd) then exit; P1 := APoints[0]; P2 := APoints[ACount-1]; A := ArcTan2(P2.Y-P1.Y, P2.X-P1.X); SinCos(A, Sn, Cs); if CapStart then D2DDrawPolygon(ACanvas,[P1, PointF(P1.X + 5*Cs - 2*Sn, P1.Y + 5*Sn + 2*Cs), PointF(P1.X + 5*Cs + 2*Sn, P1.Y + 5*Sn - 2*Cs)], AColor, AColor); if CapEnd then D2DDrawPolygon(ACanvas,[P2, PointF(P2.X + -5*Cs - 2*Sn, P2.Y + -5*Sn + 2*Cs), PointF(P2.X + -5*Cs + 2*Sn, P2.Y + -5*Sn - 2*Cs)], AColor, AColor); end; // Нарисовать текст procedure D2DTextOut(ACanvas: TDirect2DCanvas; X, Y: Single; const Text: string); var TextRange: TDwriteTextRange; TextLayout: IDWriteTextLayout; TextMetrics: TDWriteTextMetrics; begin OleCheck(DWriteFactory.CreateTextLayout( PWideChar(Text), Length(Text), ACanvas.Font.Handle, 0, 0, TextLayout)); TextRange.startPosition := 0; TextRange.length := Length(Text); if fsUnderline in ACanvas.Font.Style then TextLayout.SetUnderline(True, TextRange); if fsStrikeOut in ACanvas.Font.Style then TextLayout.SetStrikethrough(True, TextRange); TextLayout.SetWordWrapping(DWRITE_WORD_WRAPPING_NO_WRAP); if ACanvas.Brush.Style <> bsClear then begin TextLayout.GetMetrics(TextMetrics); ACanvas.RenderTarget.FillRectangle(D2D1RectF(X, Y, X+TextMetrics.widthIncludingTrailingWhitespace, Y+TextMetrics.height), ACanvas.Brush.Handle); end; ACanvas.RenderTarget.DrawTextLayout( D2D1PointF(x-0.5, y-0.5), TextLayout, ACanvas.Font.Brush.Handle, D2D1_DRAW_TEXT_OPTIONS_NONE); end; |
Небольшой гайд
Краткое описание
Если запустить исполняемый файл непосредственно из архива, то он не найдёт модели, которая прописана по умолчанию и сцена будет пустой. Лучше распаковать архив в каталог и спокойно запускать оттуда.

Кликаем на слове Model в верхнем левом углу и выбираем OBJ-файл. В архиве с исполняемым файлом есть каталог objFiles. В нём примеры вполне симпатичных моделей.
После открытия модели в дереве слева появится структура файла. Если дважды кликать на соответствующем элементе, он подсветится в модели.

Внизу слева есть две галки, Soft Edges отвечает за отображение поверхностей, Use Model Color позволяет использовать цвет материала, если он есть.
Если установить Use Model Color, то можно изменить цвет материала. Для этого нужно развернуть группу Materials, найти нужный материал, дважды кликнуть на Diffuse и в появившемся диалоге выбрать цвет.

Так можно пройтись по всем материалам и назначить свой цвет. Сохранения модели нет, пока рано. Не для этого мы её делали.

Если дважды кликнуть по материалу, подсветится часть, которая ему соответствует.
Если развернём группу, то внутри обнаружим список face’ов, ей принадлежащих. Двойной клик на face приведёт к подсветке именно его одного

На рисунке видим фейс особого случая («те уста которыми не говорю по фламандски»), который описан выше. Тут много треугольников, имеющих одну вершину и общие соседние грани. Если перейти на вкладку Content, и снова дважды кликнуть по фейсу в дереве, то спозиционируемся в файле на эту строку. Поэтому в структуре TWFFace храним номер линии — он нужен только для этого.

Управление
Левая кнопка мыши — вращаем модель
Правая кнопка мыши — отдаляем/приближаем
Колесо — скролл верх-вниз
Нажатое Колесо — перемещаем модель
Ctrl + Колесо — уменьшаем/увеличиваем масштаб модели.
Листинг
Под спойлером полный листинг загрузчика OBJ-файла. Как никак, 700 строк. Не так много для модуля, но много для страницы.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 541 542 543 544 545 546 547 548 549 550 551 552 553 554 555 556 557 558 559 560 561 562 563 564 565 566 567 568 569 570 571 572 573 574 575 576 577 578 579 580 581 582 583 584 585 586 587 588 589 590 591 592 593 594 595 596 597 598 599 600 601 602 603 604 605 606 607 608 609 610 611 612 613 614 615 616 617 618 619 620 621 622 623 624 625 626 627 628 629 630 631 632 633 634 635 636 637 638 639 640 641 642 643 644 645 646 647 648 649 650 651 652 653 654 655 656 657 658 659 660 661 662 663 664 665 666 667 668 669 670 671 672 673 674 675 676 677 678 679 680 681 682 683 684 685 686 687 688 689 690 691 692 693 694 695 696 697 698 699 700 701 702 703 704 705 706 707 708 709 710 711 712 713 714 715 716 717 718 719 720 721 722 723 724 725 726 727 728 729 730 |
//****************************************************************************** // Project: IP76.RU // Created: 2024-10-01 // Article: https://ip76.ru/wavefront-obj-reader // Description: Wavefront obj-file reader //****************************************************************************** unit IP76.WFModel; interface {$DEFINE TEXT_FILE} {$Region 'Uses'} uses System.SysUtils, System.Classes, System.Types, {$IFNDEF TEXT_FILE} System.IOUtils, {$ENDIF} System.Math, System.Math.Vectors; {$EndRegion} type {$Region 'WaveFront-records'} TPoint3DDynArray = array of TPoint3D; TWFCube = record FMin: TPoint3D; FMax: TPoint3D; procedure Init; procedure Add(const P: TPoint3D); function IsEmpty: Boolean; end; // Вещественный трипл TWFTripple = record constructor Create(AA, AB, AC: Single); function ToString: string; case Integer of 0: (V: array[0..2] of Single;); 1: (A, B, C: Single;);// =0, no value end; TWFTrippleDynArray = TArray<TWFTripple>; TWFColor = TWFTripple; // V1=R, V2=G, V3=B; // Трипл индексов для вершины P/T/N TWFVertex = record constructor Create(Point, Texture, Normal: Integer); function ToString: string; case Integer of 0: (V: array[0..2] of Integer;); 1: (P, T, N: Integer;);// =0, no value end; TWFVertexDynArray = TArray<TWFVertex>; // Запись для face TWFFace = record FGroupIndex: Integer; // Индекс группы FMatIndex: Integer; // Индекс материала FLineId: Integer; // Номер линии в файле FSmoothingId: Integer; // Номер группы сглаживания FData: TWFVertexDynArray; // Массив вершин constructor Create(AGroupIndex, AMatIndex, ALineId, ASmoothingId: Integer); function ToString: string; // Строковое представление массива end; TWFFaceDynArray = TArray<TWFFace>; // Объект TWFObject = record FName: string; // Название объекта constructor Create(const AName: string); end; TWFObjectDynArray = TArray<TWFObject>; // Группа TWFGroup = record FName: string; // Название группы FObjIndex: Integer; // Индекс родительского объекта constructor Create(const AName: string); end; TWFGroupDynArray = TArray<TWFGroup>; // Материал TWFMaterial = record FName: string; // Имя материала FDMapFile: string; // Файл текстуры FAmbient: TWFColor; // Окружающий цвет FDiffuse: TWFColor; // Диффузный цвет FSpecular: TWFColor;// Зеркальный цвет FShininess: Single; // Фокус бликов constructor Create(const AName: string); end; TWFMaterialDynArray = TArray<TWFMaterial>; {$EndRegion} {$Region 'TWFModel'} TWFModel = class {$Region 'Fields'} private // Имя файла модели (OBJ) FModelFileName: string; // Имя файла материала (MTL) FMaterialFileName: string; // Индекс текущего объекта FObjectId: Integer; // Индекс текущей группы FGroupId: Integer; // Индекс текущего материала FMaterialId: Integer; // Номер сглаживающей группы FSmoothingId: Integer; // Массив объектов FObjects: TWFObjectDynArray; // Массив групп объектов FGroups: TWFGroupDynArray; // Массив материалов FMaterials: TWFMaterialDynArray; // Массив геометрических координат FVertices: TPoint3DDynArray; // Массив коэффициентов нормали FNormals: TPoint3DDynArray; // Массив текстурных координат FTextures: TPoint3DDynArray; // Массив треугольников FFaces: TWFFaceDynArray; {$EndRegion} {$Region 'Service functions'} strict private FFS: TFormatSettings; FBounds: TWFCube; function StrToSingle(const S: string; Default: Single = 0): Single; function AddTo(var Points: TPoint3DDynArray; const S: string): Integer; function WFColor(const AA, AB, AC: string): TWFColor; function GetBounds: TWFCube; {$EndRegion} {$Region 'Read Material and Smoothing group'} strict private class function ReadSmoothingGroup( const AText: string): Integer; static; class function ReadMaterialFileName( const AText, ADefault: string): string; static; function ReadMaterial(const AText: string; ADefault: Integer): Integer; {$EndRegion} {$Region 'Add Object/Group/Material'} strict private function AddObject(const AText: string): Integer; function AddGroup(const AText: string): Integer; function AddMaterial(const AText: string): Integer; {$EndRegion} {$Region 'Read Vertices and Faces'} strict private procedure ReadVertices(const AText: string); procedure ReadFaces(const AText: string; ALine: Integer); {$EndRegion} {$Region 'Constructor/Destructor/Clear'} public constructor Create(const AFileName: string=''); destructor Destroy; override; procedure Clear; {$EndRegion} {$Region 'Load data'} public function LoadMaterials(const AFileName: string): Boolean; function LoadFromFile(const AFileName: string): Boolean; {$EndRegion} {$Region 'Properties'} public property ModelFileName: string read FModelFileName; // Массив геометрических координат property Vertices: TPoint3DDynArray read FVertices; property Materials: TWFMaterialDynArray read FMaterials; property Objects: TWFObjectDynArray read FObjects; property Groups: TWFGroupDynArray read FGroups; property Faces: TWFFaceDynArray read FFaces; property Bounds: TWFCube read GetBounds; {$EndRegion} end; {$EndRegion} implementation {$Region 'Helpers for DynArrays'} type TPoint3DDynArrayHelper = record helper for TPoint3DDynArray function Add(const V: TPoint3D): Integer; end; TIntegerDynArrayHelper = record helper for TIntegerDynArray function Add(const V: Integer): Integer; end; { TPoint3DDynArrayHelper } function TPoint3DDynArrayHelper.Add(const V: TPoint3D): Integer; begin Result := Length(Self); SetLength(Self, Result+1); Self[Result] := V; end; { TIntegerDynArrayHelper } function TIntegerDynArrayHelper.Add(const V: Integer): Integer; begin Result := Length(Self); SetLength(Self, Result+1); Self[Result] := V; end; {$EndRegion} {$Region 'Sealed class for TArray<T>'} type TArrays = class sealed class function Add<T>(var A: TArray<T>; const V: T): Integer; static; end; class function TArrays.Add<T>(var A: TArray<T>; const V: T): Integer; begin Result := Length(A); SetLength(A, Result+1); A[Result] := V; end; {$EndRegion} {$Region 'WaveFront-records'} {$Region 'TWFTripple'} constructor TWFTripple.Create(AA, AB, AC: Single); begin A := AA; B := AB; C := AC; end; function TWFTripple.ToString: string; begin Result := FormatFloat('0.######',A) + '/' + FormatFloat('0.######',B) + '/' + FormatFloat('0.######',C) end; {$EndRegion} {$Region 'TWFCube'} procedure TWFCube.Init; begin FMin := TPoint3D.Create(Single.MaxValue,Single.MaxValue,Single.MaxValue); FMax := TPoint3D.Create(Single.MinValue,Single.MinValue,Single.MinValue); end; procedure TWFCube.Add(const P: TPoint3D); begin if P.X < FMin.X then FMin.X := P.X; if P.X > FMax.X then FMax.X := P.X; if P.Y < FMin.Y then FMin.Y := P.Y; if P.Y > FMax.Y then FMax.Y := P.Y; if P.Z < FMin.Z then FMin.Z := P.Z; if P.Z > FMax.Z then FMax.Z := P.Z end; function TWFCube.IsEmpty: Boolean; begin Result := SameValue(FMin.X, Single.MaxValue, 1e-4); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFVertex'} constructor TWFVertex.Create(Point, Texture, Normal: Integer); begin P := Point; T := Texture; N := Normal; end; function TWFVertex.ToString: string; begin Result := ''; if P > 0 then Result := Result + IntToStr(P) + '/' else exit(''); if T > 0 then Result := Result + IntToStr(T) + '/' else Result := Result + '/'; if N > 0 then Result := Result + IntToStr(N); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFFace'} constructor TWFFace.Create(AGroupIndex, AMatIndex, ALineId, ASmoothingId: Integer); begin FGroupIndex := AGroupIndex; FMatIndex := AMatIndex; FLineId := ALineId; FSmoothingId := ASmoothingId; SetLength(FData, 0); end; function TWFFace.ToString: string; var i: Integer; begin Result := ''; if Length(FData) = 0 then exit; for i := 0 to High(FData) do Result := Result + FData[i].ToString + ' '; Result := Trim(Result); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFObject'} constructor TWFObject.Create(const AName: string); begin FName := AName; end; {$EndRegion} {$Region 'TWFGroup'} constructor TWFGroup.Create(const AName: string); begin FName := AName; FObjIndex := -1; end; {$EndRegion} {$Region 'TWFMaterial'} constructor TWFMaterial.Create(const AName: string); begin FName := AName; FAmbient := TWFColor.Create(-1,-1,-1); FDiffuse := TWFColor.Create(-1,-1,-1); FSpecular := TWFColor.Create(-1,-1,-1); FShininess := 0; FDMapFile := ''; end; {$EndRegion} {$EndRegion} {$Region 'TWFModel'} {$Region 'TWFModel: Constructor/Destructor/Clear'} constructor TWFModel.Create(const AFileName: string=''); begin if FileExists(AFileName) then LoadFromFile(AFileName); end; destructor TWFModel.Destroy; begin Clear; inherited; end; procedure TWFModel.Clear; begin FBounds.Init; FFS := TFormatSettings.Create; FFS.DecimalSeparator := Chr(0); FModelFileName := ''; FMaterialFileName := ''; FObjectId := -1; FGroupId := -1; FMaterialId := -1; FSmoothingId := 0; SetLength(FObjects, 0); SetLength(FGroups, 0); SetLength(FMaterials, 0); SetLength(FVertices, 0); SetLength(FNormals, 0); SetLength(FTextures, 0); SetLength(FFaces, 0); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFModel: Service functions'} function TWFModel.StrToSingle(const S: string; Default: Single = 0): Single; begin if FFS.DecimalSeparator=Chr(0) then if Pos('.', S)>0 then FFS.DecimalSeparator := '.' else if Pos(',', S)>0 then FFS.DecimalSeparator := ',' else exit(StrToIntDef(S, Round(Default))); Result := StrToFloatDef(S, Default, FFS); end; function TWFModel.AddTo(var Points: TPoint3DDynArray; const S: string): Integer; var A: TArray<string>; begin A := S.Split([Chr(32)]); if Length(A) < 3 then SetLength(A,3); Result := Points.Add(Point3D( StrToSingle(A[0]), StrToSingle(A[1]), StrToSingle(A[2]))); end; function TWFModel.WFColor(const AA, AB, AC: string): TWFColor; begin Result := TWFColor.Create( StrToSingle(AA, 1), StrToSingle(AB, 1), StrToSingle(AC, 1)); end; function TWFModel.GetBounds: TWFCube; var i: Integer; begin if FBounds.IsEmpty then for i := 0 to High(FVertices) do FBounds.Add(FVertices[i]); Result := FBounds; end; {$EndRegion} {$Region 'TWFModel: Read Material and Smoothing group'} class function TWFModel.ReadSmoothingGroup (const AText: string): Integer; var S: string; begin S := AText.Substring(2).Trim; if S = 'off' then exit(0); result := StrToIntDef(S, 0) end; class function TWFModel.ReadMaterialFileName (const AText, ADefault: string): string; begin if not AnsiLowerCase(AText).StartsWith('mtllib', True) then exit(ADefault); Result := AText.Substring(6).Trim; end; function TWFModel.ReadMaterial (const AText: string; ADefault: Integer): Integer; begin if not AnsiLowerCase(AText).StartsWith('usemtl', True) then exit(ADefault); Result := AddMaterial(AText.Substring(6).Trim); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFModel: Add Object/Group/Material'} function TWFModel.AddObject(const AText: string): Integer; begin // Добавляем объект в массив Result := TArrays.Add<TWFObject>(FObjects, TWFObject.Create(AText)); // В новом объекте пока нет ни одной группы FGroupId := -1; end; function TWFModel.AddGroup(const AText: string): Integer; begin // Группу можно добавить только в объект if FObjectId < 0 then // Если объект не указан, добавим его FObjectId := AddObject('default'); Result := TArrays.Add<TWFGroup>(FGroups, TWFGroup.Create(AText)); FGroups[Result].FObjIndex := FObjectId; end; function TWFModel.AddMaterial(const AText: string): Integer; var I: Integer; begin // Имя материала должно быть уникальным for I := 0 to High(FMaterials) do if AnsiCompareText(FMaterials[I].FName, AText)=0 then exit(I); // Добавляем, если не нашли Result := TArrays.Add<TWFMaterial>(FMaterials, TWFMaterial.Create(AText)); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFModel: Read Vertices and Faces'} procedure TWFModel.ReadVertices(const AText: string); var S: string; begin // Убираем первую буковку "v" S := AText.Substring(2).Trim; case AText.Chars[1] of ' ' : // Читаем геометрические координты AddTo(FVertices, S); 'n' : // Читаем коэффициенты нормали AddTo(FNormals, S); 't' : // Читаем текстурные координаты AddTo(FTextures, S); end; end; procedure TWFModel.ReadFaces(const AText: string; ALine: Integer); var A,C: TArray<string>; I,J: Integer; V: TWFVertex; F: TWFFace; begin A := AText.Split([' ']); if Length(A) < 2 then exit; if FGroupId<0 then FGroupId := AddGroup('default'); F := TWFFace.Create(FGroupId, FMaterialId, ALine, FSmoothingId); for I := 1 to High(A) do // 0='f' begin C := A[I].Split(['/']); if Length(C) < 1 then continue; V := TWFVertex.Create(0,0,0); for J := 0 to 2 do if Length(C) > J then V.V[j] := StrToIntDef(C[j],0); // Если триплов больше 3, это "запакованные" данные if I>3 then begin // Поэтому, перед вставкой вершины, добавим ещё две: // Общая вершина TArrays.Add<TWFVertex>(F.FData,F.FData[0]); // Предпоследняя вершина // Потому что на последнем месте уже стоит 0-я TArrays.Add<TWFVertex>(F.FData,F.FData[High(F.FData)-1]); end; TArrays.Add<TWFVertex>(F.FData,V); end; TArrays.Add<TWFFace>(FFaces, F); end; {$EndRegion} {$Region 'TWFModel: Load data'} function TWFModel.LoadMaterials(const AFileName: string): Boolean; var A: TArray<string>; F: TextFile; S,W: string; Id,P: Integer; begin FMaterialFileName := AFileName; if not FileExists(FMaterialFileName) then FMaterialFileName := ChangeFileExt(FMaterialFileName, '.mtl'); if not FileExists(FMaterialFileName) then FMaterialFileName := ExtractFilePath(FModelFileName) + ExtractFileName(FMaterialFileName); Result := FileExists(FMaterialFileName); if not Result then exit; Id := -1; FFS.DecimalSeparator := Chr(0); AssignFile(F, FMaterialFileName); try Reset(F); while not EOF(F) do begin Readln(F, S); if (S='') or (S.Chars[0]='#') then continue; A := S.Trim.Split([' ']); if Length(A)<4 then SetLength(A,4); W := AnsiUpperCase(A[0]); if W='NEWMTL' then begin Id := AddMaterial(S.Substring(6).Trim); continue; end; if Id < 0 then Id := AddMaterial('default'); if W='KA' then FMaterials[Id].FAmbient := WFColor(A[1], A[2], A[3]) else if W='KD' then FMaterials[Id].FDiffuse := WFColor(A[1], A[2], A[3]) else if W='KS' then FMaterials[Id].FSpecular := WFColor(A[1], A[2], A[3]) else if W='NS' then FMaterials[Id].FShininess := StrToSingle(A[1]) else if W='MAP_KD' then begin P := Pos(S,A[0]) + Length(A[0]); FMaterials[Id].FDMapFile := S.Substring(P); end; end; finally Closefile(F); end; end; {$IFDEF TEXT_FILE} function TWFModel.LoadFromFile(const AFileName: string): Boolean; var F: TextFile; S: string; M: string; L: Integer; begin Clear; FModelFileName := AFileName; Result := FileExists(AFileName); if not Result then exit; M := ChangeFileExt(AFileName, '.mtl'); AssignFile(F, AFileName); try Reset(F); L := 0; while not EOF(F) do begin Readln(F, S); Inc(L); // Комментарии и пустые строки пропускаем if (S='') or (S.Chars[0]='#') then continue; S := S.Trim; // Определяем оператор case S[1] of 'v' : // Читаем вершину ReadVertices(S); 'f' : // Читаем поверхности ReadFaces(S, L); 'u' : // usemtl - Читаем материал FMaterialId := ReadMaterial(S, FMaterialId); 's' : // Читаем номер группы сглаживания FSmoothingId := ReadSmoothingGroup(S); 'g' : // Читаем название новой группы FGroupId := AddGroup(S.Substring(2).Trim); 'o' : // Читаем название нового объекта FObjectId := AddObject(S.Substring(2).Trim); 'm' : // mtllib - читаем название файла материала M := ReadMaterialFileName(S, FMaterialFileName); end; end; finally CloseFile(F); end; LoadMaterials(M); end; {$ELSE} function TWFModel.LoadFromFile(const AFileName: string): Boolean; var F: TStreamReader; S: string; M: string; L: Integer; begin Clear; FModelFileName := AFileName; Result := FileExists(AFileName); if not Result then exit; M := ChangeFileExt(AFileName, '.mtl'); F := TFile.OpenText(AFileName); try L := 0; while not F.EndOfStream do begin S := F.ReadLine; Inc(L); if (S='') or (S.Chars[0]='#') then continue; S := S.Trim; case S[1] of 'v' : ReadVertices(S); 'f' : ReadFaces(S, L); 'u' : FMaterialId := ReadMaterial(S, FMaterialId); // usemtl 's' : FSmoothingId := ReadSmoothingGroup(S); 'g' : FGroupId := AddGroup(S.Substring(2).Trim); 'o' : FObjectId := AddObject(S.Substring(2).Trim); 'm' : M := ReadMaterialFileName(S, FMaterialFileName); // mtllib end; end; finally F.Free; end; LoadMaterials(M); end; {$ENDIF} {$EndRegion} {$EndRegion} end. |
Скачать
Друзья, спасибо за внимание! Надеюсь, было интересно ))) Пишите, интересна ли тема, присылайте OBJ-файлы с моделями. Сделаем коллекцию полезных 3D-моделей.
Исходник (zip) 92 Кб. Delphi XE 7, 12
Исполняемый файл (zip) 2.18 Мб (Скомпилирован в XE 7)
Коллекция OBJ-файлов (zip) 2.18 Мб (не очепатка, реально совпало)