C++游戏引擎开发指南：使用Blender Python脚本导出模型顶点数据

C++游戏引擎开发指南：使用Blender Python脚本导出模型顶点数据

cpp-game-engine-book 从零编写游戏引擎教程 Writing a game engine tutorial from scratch 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/cp/cpp-game-engine-book

引言

在游戏开发中，3D模型的导入和处理是一个关键环节。本文将详细介绍如何通过Blender Python脚本将模型导出为适合游戏引擎使用的自定义格式，这是《C++游戏引擎开发指南》项目中的重要组成部分。

为什么需要自定义导出

商业游戏引擎如Unity、Unreal都有自己的模型导入系统，但在自定义引擎开发中，我们需要：

1. 控制数据格式以优化引擎性能
2. 减少运行时转换开销
3. 实现特定的渲染需求
4. 简化引擎的模型加载代码

准备工作

Blender Python环境

Blender内置了完整的Python环境，我们可以直接编写脚本操作Blender中的数据。脚本编辑器位于Blender的"Scripting"工作区。

模型预处理

在导出前需要确保：

• 所有面都已三角化（游戏引擎通常只处理三角形）
• UV坐标已正确设置
• 模型坐标轴方向符合引擎要求

核心导出代码解析

顶点数据结构定义

class EngineVertex:
    x=0
    y=0
    z=0
    r=0
    g=0
    b=0
    a=0
    u=0
    v=0
    
    def __eq__(self,other):
        return (self.x==other.x and self.y==other.y and 
                self.z==other.z and self.r==other.r and 
                self.g==other.g and self.b==other.b and 
                self.a==other.a and self.u==other.u and 
                self.v==other.v)

这个类定义了引擎所需的顶点属性，包括：

• 位置坐标(x,y,z)
• 颜色值(r,g,b,a)
• 纹理坐标(u,v)

__eq__方法用于顶点去重比较。

数据处理流程

1. 获取活动网格：通过bpy.context.object.data获取当前选中物体的网格数据
2. 遍历多边形：处理每个三角形面
3. 收集顶点数据：
   • 从循环索引获取顶点索引
   • 从顶点索引获取坐标
   • 从UV层获取纹理坐标
4. 顶点去重：避免重复存储相同顶点
5. 生成索引缓冲：记录顶点引用顺序

文件输出格式

导出文件使用二进制格式，结构如下：

1. 文件头：

   • 魔数"mesh"（4字节）
   • 顶点数量（2字节无符号短整型）
   • 索引数量（2字节无符号短整型）

2. 顶点数据：

   • 每个顶点包含9个float（位置3个，颜色4个，UV2个）

3. 索引数据：

   • 每个索引为2字节无符号短整型
   • 注意反转绕序以匹配引擎需求

关键注意事项

1. 坐标系转换：

   engine_vertex.y = v.co.z  # Blender Z轴对应引擎Y轴
   engine_vertex.z = v.co.y  # Blender Y轴对应引擎Z轴
   

   不同3D软件和引擎的坐标系可能不同，需要进行适当转换。

2. 面片类型检查：

   if poly.loop_total==4:
       ShowMessageBox("Need Triangle","Polygon Error", 'ERROR')
       break
   

   确保模型已完全三角化。

3. 索引绕序处理：

   kVertexIndexVectorInverse = kVertexIndexVector[::-1]
   

   反转索引顺序以匹配引擎的正面定义。

实战示例

以一个精美的鱼汤锅模型为例，演示完整导出流程：

1. 从资源网站获取模型（确保允许商业使用）
2. 在Blender中打开模型文件
3. 检查并修复模型问题：
   • 确保所有材质和纹理正确
   • 确认UV展开无误
   • 三角化所有多边形
4. 运行导出脚本
5. 验证输出文件

常见问题解决

1. 导出失败：

   • 检查是否有四边形面片未三角化
   • 确认模型有UV坐标
   • 检查脚本权限是否足够创建输出目录

2. 引擎中模型显示异常：

   • 确认坐标系转换正确
   • 检查索引绕序是否符合引擎预期
   • 验证顶点属性顺序是否匹配引擎着色器

3. 性能优化：

   • 对于复杂模型，考虑分批导出
   • 可以添加LOD支持
   • 考虑压缩顶点属性数据

扩展思考

1. 支持更多顶点属性：

   • 法线向量
   • 切线空间数据
   • 多组UV坐标

2. 优化存储格式：

   • 使用半精度浮点数
   • 实现数据压缩
   • 添加版本控制

3. 自动化流程：

   • 批量导出场景中所有模型
   • 自动执行预处理步骤
   • 集成到CI/CD流程

结语

通过本文介绍的方法，我们实现了从Blender到自定义游戏引擎的高效模型导出流程。这种自定义导出方案为引擎开发提供了最大的灵活性和控制力，是商业级游戏引擎开发的重要基础。在后续开发中，可以在此基础上继续扩展支持骨骼动画、材质属性等更复杂的功能。

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