C++游戏引擎开发指南：FBX模型Mesh数据导出详解-优快云博客

C++游戏引擎开发指南：FBX模型Mesh数据导出详解

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

前言

在游戏开发中，3D模型的导入和处理是一个基础但至关重要的环节。本文将深入讲解如何在C++游戏引擎项目中从FBX文件中提取Mesh数据并导出为引擎可用的格式。我们将基于一个实际的C++游戏引擎开发项目，详细介绍FBX SDK的使用、Mesh数据的解析过程以及最终的导出实现。

FBX文件与Mesh概述

FBX是Autodesk公司开发的一种流行的3D模型交换格式，广泛应用于游戏开发和3D动画制作。一个FBX文件可以包含多种类型的数据，包括：

几何体（Mesh）
材质和纹理
骨骼和动画
灯光和相机

在游戏引擎中，我们最关心的是其中的Mesh数据，它定义了模型的几何形状。Mesh由顶点(Vertex)和索引(Index)组成：

顶点包含位置、法线、UV坐标等信息
索引定义了如何将这些顶点连接成三角形面片

FBX SDK初始化与环境配置

要处理FBX文件，首先需要初始化FBX SDK环境。以下是关键步骤：

// 初始化FBX SDK管理器
FbxManager* mSdkManager;
FbxScene* mScene;
FbxImporter* mImporter;
InitializeSdkObjects(mSdkManager, mScene);

// 创建导入器并设置文件路径
mImporter = FbxImporter::Create(mSdkManager, "");
mImporter->Initialize(mFileName, lFileFormat);

// 将FBX文件导入到场景中
mImporter->Import(mScene);

初始化过程中有几个重要的注意事项：

坐标系转换：FBX可能使用不同的坐标系系统，游戏引擎通常使用右手坐标系
单位转换：确保模型尺寸正确，通常转换为厘米或米单位
几何体三角化：游戏引擎通常只处理三角形面片，需要将多边形转换为三角形

// 坐标系转换
FbxAxisSystem OurAxisSystem(FbxAxisSystem::eYAxis, 
                          FbxAxisSystem::eParityOdd, 
                          FbxAxisSystem::eRightHanded);
OurAxisSystem.ConvertScene(mScene);

// 单位转换
FbxSystemUnit::cm.ConvertScene(mScene);

// 三角化处理
FbxGeometryConverter lGeomConverter(mSdkManager);
lGeomConverter.Triangulate(mScene, true);

遍历FBX节点结构

FBX文件采用节点树结构组织数据，我们需要递归遍历所有节点，找到包含Mesh数据的节点：

void ParseNode(FbxNode* pNode) {
    FbxNodeAttribute* lNodeAttribute = pNode->GetNodeAttribute();
    if(lNodeAttribute) {
        // 检查是否为Mesh节点
        if(lNodeAttribute->GetAttributeType() == FbxNodeAttribute::eMesh) {
            FbxMesh* lMesh = pNode->GetMesh();
            if(lMesh && !lMesh->GetUserDataPtr()) {
                ParseMesh(lMesh);  // 解析Mesh数据
            }
        }
    }
    
    // 递归处理子节点
    for(int i = 0; i < pNode->GetChildCount(); ++i) {
        ParseNode(pNode->GetChild(i));
    }
}

Mesh数据解析详解

找到Mesh节点后，我们需要从中提取顶点和索引数据。这是最核心的部分，涉及多个关键概念：

1. 顶点数据组织方式

FBX中的顶点数据可以有两种组织方式：

按控制点(eByControlPoint)：每个顶点有唯一的位置，但可能有多个UV坐标
按多边形顶点(eByPolygonVertex)：每个顶点在不同多边形中可能有不同的位置和UV

游戏引擎通常需要第二种方式，因为UV坐标在不同面上可能不同。

2. UV坐标处理

一个Mesh可能包含多套UV坐标（用于不同用途的纹理映射），我们需要确定使用哪一套：

FbxStringList lUVNames;
pMesh->GetUVSetNames(lUVNames);
const char* lUVName = lUVNames.GetCount() ? lUVNames[0] : NULL;

3. 顶点数据提取

以下是提取顶点数据的关键代码：

// 获取控制点（原始顶点位置）
const FbxVector4* lControlPoints = pMesh->GetControlPoints();

// 遍历所有三角形面
for(int lPolygonIndex = 0; lPolygonIndex < lPolygonCount; ++lPolygonIndex) {
    // 处理每个面的三个顶点
    for(int lVerticeIndex = 0; lVerticeIndex < 3; ++lVerticeIndex) {
        // 获取顶点索引
        int lControlPointIndex = pMesh->GetPolygonVertex(lPolygonIndex, lVerticeIndex);
        
        // 获取顶点位置
        FbxVector4 lCurrentVertex = lControlPoints[lControlPointIndex];
        lVertices[lVertexCount*3] = static_cast<float>(lCurrentVertex[0]);
        // ... 其他坐标分量
        
        // 获取UV坐标
        if(mHasUV) {
            FbxVector2 lCurrentUV;
            pMesh->GetPolygonVertexUV(lPolygonIndex, lVerticeIndex, lUVName, lCurrentUV);
            lUVs[lVertexCount*2] = static_cast<float>(lCurrentUV[0]);
            // ... 其他UV分量
        }
        
        ++lVertexCount;
    }
}

自定义Mesh文件格式

为了便于引擎使用，我们需要将提取的数据转换为自定义格式。通常包含：

文件头：包含文件类型、名称、顶点和索引数量等信息
顶点数据：位置、颜色、UV等
索引数据：定义三角形面的顶点连接顺序

定义如下结构体：

struct Vertex {
    glm::vec3 position_;
    glm::vec4 color_;
    glm::vec2 uv_;
};

struct MeshFileHead {
    char type_[4];          // 文件类型标识
    char name_[32];         // 网格名称
    unsigned short vertex_num_;         // 顶点数量
    unsigned short vertex_index_num_;   // 索引数量
};

struct MeshFile {
    MeshFileHead head_;
    Vertex* vertex_;
    unsigned short* index_;
    
    // 写入文件的方法
    void Write(const char* filePath) {
        // 实现文件写入逻辑
    }
};