obj 模型文件格式介绍

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参照： https://www.cnblogs.com/linuxAndMcu/p/14483146.html

1、obj 简介

OBJ 文件可以以 ASCII 编码也可以以二进制格式编码，以 ASCII 格式编码的后缀名为 .obj，以二进制格式编码的后缀名为 .mod。

OBJ 格式的三维网格模型储存了模型的顶点、面片、法向量纹理等几何信息。

OBJ 文件使用标准的 Polygon（多边形） 储存格式，直接储存顶点坐标和法线等数据，这导致 OBJ 文件无法导出骨骼动画，只能储存静态模型和材质信息。

2、obj 模型文件示例

从 Model Loading 处获取的一个立方体模型 cube.obj，补充了一个object_name

# Blender3D v249 OBJ File: untitled.blend
# www.blender3d.org
mtllib cube.mtl
o object_name
v 1.000000 -1.000000 -1.000000
v 1.000000 -1.000000 1.000000
v -1.000000 -1.000000 1.000000
v -1.000000 -1.000000 -1.000000
v 1.000000 1.000000 -1.000000
v 0.999999 1.000000 1.000001
v -1.000000 1.000000 1.000000
v -1.000000 1.000000 -1.000000
vt 0.748573 0.750412
vt 0.749279 0.501284
vt 0.999110 0.501077
vt 0.999455 0.750380
vt 0.250471 0.500702
vt 0.249682 0.749677
vt 0.001085 0.750380
vt 0.001517 0.499994
vt 0.499422 0.500239
vt 0.500149 0.750166
vt 0.748355 0.998230
vt 0.500193 0.998728
vt 0.498993 0.250415
vt 0.748953 0.250920
vn 0.000000 0.000000 -1.000000
vn -1.000000 -0.000000 -0.000000
vn -0.000000 -0.000000 1.000000
vn -0.000001 0.000000 1.000000
vn 1.000000 -0.000000 0.000000
vn 1.000000 0.000000 0.000001
vn 0.000000 1.000000 -0.000000
vn -0.000000 -1.000000 0.000000
usemtl Material_ray.png
s off
f 5/1/1 1/2/1 4/3/1
f 5/1/1 4/3/1 8/4/1
f 3/5/2 7/6/2 8/7/2
f 3/5/2 8/7/2 4/8/2
f 2/9/3 6/10/3 3/5/3
f 6/10/4 7/6/4 3/5/4
f 1/2/5 5/1/5 2/9/5
f 5/1/6 6/10/6 2/9/6
f 5/1/7 8/11/7 6/10/7
f 8/11/7 7/12/7 6/10/7
f 1/2/8 2/9/8 3/13/8
f 1/2/8 3/13/8 4/14/8

 3、模型文件解析

每行开头的一个或者多个字符（关键字），表明的该行是什么样的数据

文件中的空格和空行是可以随意添加的

多行可以逻辑地连接在一起，表示一行，（即在每行最后添加一个连接符 ” \ ” , 注意连接符后不能出现空格或Tab空格）

注释符：

• # 表示该行是注释的文字

顶点数据(Vertex data)：

• v 顶点(Vertices)
• vt 纹理坐标(Texture vertices)
• vn 顶点法向量(Vertex normals)
• vp 参数空格顶点 (Parameter space vertices)

元素(Elements):

• p 点(Point)
• l 线(Line)
• f 面(Face)
• curv 曲线(Curve)
• curv2 2D曲线(2D curve)
• surf 表面(Surface)

成组(Grouping):

• g 组名称(Group name)
• s 光滑组(Smoothing group)
• mg 合并组(Merging group)
• o 对象名称(Object name)

显示(Display)/渲染属性(render attributes):

• bevel 导角插值(Bevel interpolation)
• c_interp 颜色插值(Color interpolation)
• d_interp 溶解插值(Dissolve interpolation)
• lod 细节层次(Level of detail)
• usemtl 材质名称(Material name)
• mtllib 材质库(Material library)
• shadow_obj 投射阴影(Shadow casting)
• trace_obj 光线跟踪(Ray tracing)
• ctech 曲线近似技术(Curve approximation technique)
• stech 表面近似技术 (Surface approximation technique)

自由形态曲线(Free-form curve)/表面属性(surface attributes):

• deg 度(Degree)
• bmat 基础矩阵(Basis matrix)
• step 步尺寸(Step size)
• cstype 曲线或表面类型 (Curve or surface type)

自由形态曲线(Free-form curve)/表面主体陈述(surface body statements):

• parm 参数值(Parameter values )
• trim 外部修剪循环(Outer trimming loop)
• hole 内部整修循环(Inner trimming loop)
• scrv 特殊曲线(Special curve)
• sp 特殊的点(Special point)
• end 结束陈述(End statement)

自由形态表面之间的连接(Connectivity between free-form surfaces):

• con 连接 (Connect)

4、主要的几个关键字详解

（1）v 顶点

格式： v x y z

　意义：每个顶点的坐标。可以有多个点的位置相同

（2）vt 顶点纹理坐标

格式： vt u v w

    意义：绘制三角面片时，每个顶点取像素点时对应的纹理图片上的坐标（usemtl 关键字支出的图片文件）。

    纹理图片的坐标指的是，纹理图片如果被放在屏幕上显示时，以屏幕左下角为原点的坐标。

    注意：w 一般用于形容三维纹理，大部分是用户到的，基本都是0，没有给出也默认为0.

（3）vn 顶点法向量

格式： vn x y z

　意义：绘制三角面片时，需要确定三角面片的朝向，整个面的朝向 = 组成这个面的三个顶点法向量的平均值（即三个顶点法向量求和再除以3得到）。

   几何意义：对于光滑的曲面，可以认为是平面再该点处的切平面的法向量

   每个顶点都有且只有一个顶点法向量，对于正方向这种棱角分明的体，多个面共用一个顶点时，公共顶点在每个面中的顶点法向量都不一样，存在一个问题：一个顶点对应了多个法向量

   对于正方体这种情况，当位置相同，但是顶点法向量不同的顶点，便不能共享，需要存储成多个顶点（这几个顶点的位置相同，顶点法向量不同）。

（4）f 面

格式： 
仅有顶点坐标:      f v1 v2 v3 ...
顶点+纹理坐标:     f v1/vt1 v2/vt2 v3/vt3 ...
顶点+顶点法向量：   f v1//vn1 v2//vn2 v3//vn3 ...
顶点+纹理+法向量：  f v1/vt1/vn1 v2/vt2/vn2 v3/vt3/vn3 ...

    意义：绘制三角面片的依据，每个三角面片由三个 顶点 构成，有 f 可以确定顶点坐标、顶点的对应的纹理坐标（提取纹理图片对应该坐标的像素点）、通过三个顶点对应的顶点法向量可以确定三角面的方向

    补充：

•  obj 规定一个面片至少需要三个顶点，但是也可以超过三个，即obj 不保证面时三角面片
• 面中的顶点声明顺序，一般按逆时针顺序，遵循右手螺旋定则

5、补充说明

• obj 模型文件一般通过 3d 建模软件，例如 Blender, 3DS Max 或者 Maya 等工具建模，导出
• obj 文件在导出时一般包括两个文件 .obj 文件和 .mtl 文件。其中 obj 文件表示模型网络文件，mtl 文件表示模型使用的材质。
• 顶点的数量和顶点法向量的数量一样多
• 顶点的数量纹理坐标的个数不一定相同，因为多个顶点可以共用一个纹理坐标的像素
• 最终三角面片的颜色，是通过三个顶点进行插值计算确定的，面片中间是渐变色。（注意：颜色是光照相关的信息，和纹理材质图案无关）