C++游戏引擎开发指南：FBX模型文件解析与Mesh导出

邬千旻Herman

于 2025-06-12 09:07:41 发布

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C++游戏引擎开发指南：FBX模型文件解析与Mesh导出

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。本文将深入探讨如何在C++游戏引擎中解析FBX格式的3D模型文件，并提取其中的网格(Mesh)数据。我们将基于一个实际的C++游戏引擎项目，详细讲解FBX SDK的使用方法以及Mesh数据的导出流程。

FBX文件格式简介

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。它能够存储包括网格、材质、动画、骨骼等多种3D数据。在游戏引擎中，我们主要关注如何从中提取出渲染所需的网格数据。

准备工作

在开始解析FBX文件前，我们需要：

安装FBX SDK开发包
了解基本的3D图形学概念（顶点、UV、多边形等）
准备一个简单的FBX模型文件用于测试

FBX解析流程详解

1. 初始化FBX SDK环境

解析FBX文件的第一步是初始化FBX SDK环境，这包括创建必要的管理对象和场景容器：

FbxManager* mSdkManager;
FbxScene* mScene;
FbxImporter* mImporter;

// 初始化FBX SDKManager，并创建一个Scene容器
InitializeSdkObjects(mSdkManager, mScene);
if (!mSdkManager) {
    DEBUG_LOG_ERROR("Failed to create FBX SDK manager.");
    return -1;
}

2. 创建并配置FBX导入器

接下来我们需要创建一个FBX导入器，并配置它以正确解析我们的模型文件：

// 创建导入器实例
mImporter = FbxImporter::Create(mSdkManager, "");
if (!mSdkManager->GetIOPluginRegistry()->DetectReaderFileFormat(mFileName, lFileFormat)) {
    DEBUG_LOG_ERROR("Unrecognizable file format.");
    return -1;
}

// 初始化导入器
if (mImporter->Initialize(mFileName, lFileFormat) == false) {
    DEBUG_LOG_ERROR("Call to FbxImporter::Initialize() failed.");
    return -1;
}

3. 坐标系和单位转换

不同3D软件可能使用不同的坐标系和单位系统，我们需要将它们统一转换为引擎使用的格式：

// 转换为右手坐标系
FbxAxisSystem OurAxisSystem(FbxAxisSystem::eYAxis, 
                           FbxAxisSystem::eParityOdd, 
                           FbxAxisSystem::eRightHanded);
OurAxisSystem.ConvertScene(mScene);

// 转换单位为厘米
FbxSystemUnit::cm.ConvertScene(mScene);

4. 网格数据预处理

为确保所有多边形都是三角形（这是大多数游戏引擎的要求），我们需要进行三角化处理：

FbxGeometryConverter lGeomConverter(mSdkManager);
lGeomConverter.Triangulate(mScene, /*replace*/true);

解析Mesh数据

1. 递归遍历场景节点

FBX文件以树形结构组织数据，我们需要递归遍历所有节点来查找Mesh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);
            }
        }
    }

    // 递归处理子节点
    for (int lChildIndex = 0; lChildIndex < pNode->GetChildCount(); ++lChildIndex) {
        ParseNode(pNode->GetChild(lChildIndex));
    }
}

2. 提取顶点数据

找到Mesh节点后，我们需要提取顶点位置、UV坐标等关键数据：

// 获取多边形(三角形)数量
const int lPolygonCount = pMesh->GetPolygonCount();

// 检查UV数据是否存在
bool mHasUV = pMesh->GetElementUVCount() > 0;

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

// 计算顶点总数
int lPolygonVertexCount = mAllByControlPoint ? 
    pMesh->GetControlPointsCount() : lPolygonCount * 3;

3. 处理UV坐标

UV坐标决定了纹理如何映射到模型表面，我们需要正确处理单套和多套UV的情况：

// 获取UV集名称
FbxStringList lUVNames;
pMesh->GetUVSetNames(lUVNames);

// 只处理第一套UV
if (mHasUV && lUVNames.GetCount()) {
    lUVs = new float[lPolygonVertexCount * 2];
    const char* lUVName = lUVNames[0];
    
    // 获取每个顶点的UV坐标
    bool lUnmappedUV;
    FbxVector2 lCurrentUV;
    pMesh->GetPolygonVertexUV(lPolygonIndex, lVerticeIndex, 
                            lUVName, lCurrentUV, lUnmappedUV);
}

自定义Mesh文件格式

为了便于引擎使用，我们定义了一个简单的Mesh文件格式：

struct Vertex {
    glm::vec3 position_;  // 顶点位置
    glm::vec4 color_;     // 顶点颜色
    glm::vec2 uv_;        // UV坐标
};

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_;   // 文件头
    Vertex* vertex_;      // 顶点数组
    unsigned short* index_; // 索引数组
    
    // 写入文件的方法
    void Write(const char* filePath) {
        std::ofstream file(filePath, std::ios::binary);
        if(file.is_open()) {
            file.write(reinterpret_cast<char*>(&head_), sizeof(head_));
            file.write(reinterpret_cast<char*>(vertex_), 
                      sizeof(Vertex) * head_.vertex_num_);
            file.write(reinterpret_cast<char*>(index_), 
                      sizeof(unsigned short) * head_.vertex_index_num_);
            file.close();
        }
    }
};

导出Mesh数据

最后，我们将解析得到的数据填充到自定义格式中并导出：

// 填充顶点数据
for (int i = 0; i < lVertexCount; ++i) {
    mesh_file.vertex_[i].position_ = glm::vec3(lVertices[i*3], 
                                      lVertices[i*3+1], 
                                      lVertices[i*3+2]);
    mesh_file.vertex_[i].color_ = glm::vec4(1.0f); // 默认白色
    mesh_file.vertex_[i].uv_ = glm::vec2(lUVs[i*2], lUVs[i*2+1]);
}

// 写入文件
mesh_file.Write(fmt::format("../data/model/fbx_extra_{}.mesh", 
                          mesh_file.head_.name_).c_str());