C++游戏引擎开发指南：从FBX文件中导出蒙皮权重数据-优快云博客

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C++游戏引擎开发指南：从FBX文件中导出蒙皮权重数据

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

前言

在3D游戏开发中，骨骼动画是赋予角色生命的关键技术。而蒙皮权重则是连接骨骼与网格顶点的桥梁，它决定了骨骼如何影响网格变形。本文将深入探讨如何在C++游戏引擎开发中，从FBX文件中提取并处理蒙皮权重数据。

蒙皮权重基础概念

蒙皮权重(Skinning Weights)是指每个顶点受不同骨骼影响的程度。在3D建模中，一个顶点通常会受到1-4根骨骼的影响，每根骨骼对该顶点的影响程度用0-1之间的数值表示，所有影响该顶点的骨骼权重之和应为1。

例如：

顶点A：骨骼1(权重0.7)，骨骼2(权重0.3)
顶点B：骨骼1(权重0.4)，骨骼2(权重0.3)，骨骼3(权重0.3)

FBX文件中的权重数据结构

在FBX文件中，权重数据存储在Cluster(簇)中。每个Cluster代表一根骨骼对一组顶点的影响，包含以下信息：

受影响的顶点索引数组
对应顶点的权重值数组

权重数据提取流程

1. 初始化FBX SDK环境

首先需要初始化FBX SDK，创建必要的管理器对象。这是与FBX文件交互的基础。

2. 遍历场景节点

递归遍历FBX场景中的所有节点，寻找包含Mesh数据的节点。这是处理3D模型数据的起点。

3. 获取蒙皮修改器

从Mesh节点获取Skin(蒙皮)修改器，这是存储权重数据的主要容器：

FbxSkin* lSkinDeformer = (FbxSkin*)pMesh->GetDeformer(0, FbxDeformer::eSkin);

4. 遍历所有Cluster

每个Cluster对应一根骨骼对网格的影响：

int lClusterCount = lSkinDeformer->GetClusterCount();
for (int lClusterIndex = 0; lClusterIndex < lClusterCount; ++lClusterIndex) {
    FbxCluster* lCluster = lSkinDeformer->GetCluster(lClusterIndex);
    // 处理Cluster数据...
}

5. 提取顶点权重数据

从每个Cluster中获取它影响的顶点索引和对应权重：

int lVertexIndexCount = lCluster->GetControlPointIndicesCount();
for (int k = 0; k < lVertexIndexCount; ++k) {
    int lIndex = lCluster->GetControlPointIndices()[k]; // 顶点索引
    double lWeight = lCluster->GetControlPointWeights()[k]; // 权重值
    // 存储权重数据...
}

数据结构设计

为了高效存储权重数据，我们设计了专门的顶点-骨骼关联结构：

struct VertexRelateBoneInfo {
    char bone_index_[4];  // 骨骼索引(最多4根)
    char bone_weight_[4]; // 对应权重(0-100)
    
    VertexRelateBoneInfo() {
        // 初始化...
    }
    
    void Push(char bone_index, char bone_weight) {
        // 添加骨骼影响...
    }
};

这种设计有以下特点：

使用char类型存储索引和权重，节省内存
权重值放大100倍存储为整数，避免浮点运算
每个顶点最多支持4根骨骼影响

数据组织与导出

从FBX获取的权重数据是基于"控制点"(Control Point)的，而渲染需要的是"逻辑顶点"。这两者的区别在于：

控制点：几何定义上的顶点
逻辑顶点：考虑UV等属性后的实际渲染顶点

因此需要进行数据转换：

// 遍历所有三角面
for (int lPolygonIndex = 0; lPolygonIndex < lPolygonCount; ++lPolygonIndex) {
    // 处理每个面的三个顶点
    for (int lVerticeIndex = 0; lVerticeIndex < 3; ++lVerticeIndex) {
        int lControlPointIndex = pMesh->GetPolygonVertex(lPolygonIndex, lVerticeIndex);
        // 将控制点权重映射到逻辑顶点...
    }
}

最终将组织好的权重数据写入.weight文件，供引擎运行时使用。