1. 前言
我们已经介绍了利用shader实现的光照模型对物体进行光照渲染的方法。接下来，我们希望能够在OpenGL环境中载入通过艺术家或者三维扫描获取的三维模型，并将光照施加在三维模型上，实现光照渲染。
为了能够在OpenGL中实现对三维模型的加载和渲染，需要解决两个问题：如何将三维模型载入到环境中以及如何对载入的三维模型进行渲染。幸运的是，已经存在现成的库帮助我们解析各种格式的三维模型数据。为了与learnopengl教程一致，我们使用Assimp（Open Asset Import Library）作为模型导入的工具。
2. Assimp配置
本章中我们介绍如何在OpenGL环境中配置Assimp。首先我们在官网下载Assimp的源代码，链接为：https://www.assimp.org/index.php/downloads.
我下载的是3.3.1版本。这里需要注意的是，如果你下载的是已经编译的版本，很可能不能正常运行。经过我的实验发现，其跨平台兼容性确实是不够鲁棒。所以最好的办法还是下载后根据自己的平台编译。
我的IDE是VS2019，64位系统。使用Cmake对源代码进行编译，得到assimp-vc140-mt.dll和assimp-vc140-mt.lib。路径为cmake工程项目输出路径/code/Debug
将dll和lib配置在你的OpenGL项目对应的路径下，并且添加源代码的include到包含目录，并且把assimp-vc140-mt.lib添加链接库，这样就完成了对Assimp的配置。
如果你希望了解更具体的步骤，可以参看：https://www.jianshu.com/p/4f3a1271ce0b.
3. 基于Assimp的模型加载
在完成对Assimp的配置后，接下来我们希望实现将三维模型数据解析并加载到OpenGL环境中。我们来看一下具体的代码：
class Model{
public:
// model data
vector<Texture> textures_loaded; //存储纹理
vector<Mesh> meshes;//存储三维模型的网格信息
string directory;//存储路径
bool gammaCorrection;
//Method:
Model(string const& path, bool gamma = false);
void Draw(Shader& shader);
private:
void loadModel(string const& path);
void processNode(aiNode* node, const aiScene* scene);
Mesh processMesh(aiMesh* mesh, const aiScene* scene);
vector<Texture> loadMaterialTextures(aiMaterial* mat, aiTextureType type, string typeName);
}
unsigned int TextureFromFile(const char* path, const string& directory, bool gamma)//加载纹理图像
这段伪代码描述了一个三维模型处理的类Model，包含三维模型的网格数据与纹理数据的加载，解析等功能。这里我们主要分析一下网格的存储结构和绘制的方法。
网格的存储结构基于Mesh类。Assimp的处理流程不是针对一个独立的mesh进行读取的，而是首先加载一个场景，之后扫描场景中的独立节点，并将其存储为一个mesh。
首先是载入场景：
void loadModel(string const& path){
Assimp::Importer importer;
const aiScene* scene = importer.ReadFile(path, aiProcess_Triangulate | aiProcess_GenSmoothNormals | aiProcess_FlipUVs | aiProcess_CalcTangentSpace);
}之后是对场景进行节点扫描，并逐个处理：
void processNode(aiNode* node, const aiScene* scene)
{
// process each mesh located at the current node
for (unsigned int i = 0; i < node->mNumMeshes; i++)
{
aiMesh* mesh = scene->mMeshes[node->mMeshes[i]];
meshes.push_back(processMesh(mesh, scene));
}
}最后就是将Mesh的数据读取出来：
Mesh processMesh(aiMesh* mesh, const aiScene* scene){
// data to fill
vector<Vertex> vertices;
vector<unsigned int> indices;
// walk through each of the mesh's vertices
for (unsigned int i = 0; i < mesh->mNumVertices; i++)
{
Vertex vertex;
glm::vec3 vector;
// positions
vector.x = mesh->mVertices[i].x;
vector.y = mesh->mVertices[i].y;
vector.z = mesh->mVertices[i].z;
vertex.Position = vector;
// normals
if (mesh->HasNormals())
{
vector.x = mesh->mNormals[i].x;
vector.y = mesh->mNormals[i].y;
vector.z = mesh->mNormals[i].z;
vertex.Normal = vector;
}
vertices.push_back(vertex);
}
for (unsigned int i = 0; i < mesh->mNumFaces; i++)
{
aiFace face = mesh->mFaces[i];
// retrieve all indices of the face and store them in the indices vector
for (unsigned int j = 0; j < face.mNumIndices; j++)
indices.push_back(face.mIndices[j]);
}
}Mesh的读取代码，我们删除了纹理部分，以方便理解。当把Mesh的数据读取后，learnopengl还给了一个单独的mesh类，用于存储数据。在下一章，我们介绍如何利用shader来绘制mesh。
4. Mesh绘制
我们首先来介绍一下Mesh类中与shader着色器初始化有关的代码。
void setupMesh()
{
// create buffers/arrays
glGenVertexArrays(1, &VAO);
glGenBuffers(1, &VBO);
glGenBuffers(1, &EBO);
glBindVertexArray(VAO);
// load data into vertex buffers
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);
// A great thing about structs is that their memory layout is sequential for all its items.
// The effect is that we can simply pass a pointer to the struct and it translates perfectly to a glm::vec3/2 array which
// again translates to 3/2 floats which translates to a byte array.
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.size() * sizeof(Vertex), &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);
glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);
glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size() * sizeof(unsigned int), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);
// set the vertex attribute pointers
// vertex Positions
glEnableVertexAttribArray(0);
glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)0);
// vertex normals
glEnableVertexAttribArray(1);
glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Normal));
// vertex texture coords
glEnableVertexAttribArray(2);
glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, TexCoords));
// vertex tangent
glEnableVertexAttribArray(3);
glVertexAttribPointer(3, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Tangent));
// vertex bitangent
glEnableVertexAttribArray(4);
glVertexAttribPointer(4, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Bitangent));
glBindVertexArray(0);
}基本上都是按照绑定的基本流程做的，值得一提的是数据导入的方式。在learnopengl课程早期定义的正方体或者三角形，都是以数组的形式传入。这里数据的传入是用vector容器来传入的。起初我自己尝试过一些数据导入的方法，如数组指针等，都不成功。参考该程序，事实上我们就掌握了导入数据的核心方法，这样即使我们不适用Assimp，使用其他的导入库，我们也能够实现数据的导入与绘制。这里的Vertex被封装成一个结构体：
struct Vertex {
// position
glm::vec3 Position;
// normal
glm::vec3 Normal;
// texCoords
glm::vec2 TexCoords;
// tangent
glm::vec3 Tangent;
// bitangent
glm::vec3 Bitangent;
};
接下来我们看一下绘制的代码：
void Draw(Shader& shader)
{
// bind appropriate textures
unsigned int diffuseNr = 1;
unsigned int specularNr = 1;
unsigned int normalNr = 1;
unsigned int heightNr = 1;
for (unsigned int i = 0; i < textures.size(); i++)
{
glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i); // active proper texture unit before binding
// retrieve texture number (the N in diffuse_textureN)
string number;
string name = textures[i].type;
if (name == "texture_diffuse")
number = std::to_string(diffuseNr++);
else if (name == "texture_specular")
number = std::to_string(specularNr++); // transfer unsigned int to stream
else if (name == "texture_normal")
number = std::to_string(normalNr++); // transfer unsigned int to stream
else if (name == "texture_height")
number = std::to_string(heightNr++); // transfer unsigned int to stream
// now set the sampler to the correct texture unit
glUniform1i(glGetUniformLocation(shader.ID, (name + number).c_str()), i);
// and finally bind the texture
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[i].id);
}
// draw mesh
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindVertexArray(0);
// always good practice to set everything back to defaults once configured.
glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
}其中，纹理代码的绘制占据了很大部分，这部分我们忽略。主要还是看对网格的绘制
glBindVertexArray(VAO);
glDrawElements(GL_TRIANGLES, indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0);
glBindVertexArray(0);根据绑定的数组和对应的索引，shader绘制出三角面片的数据。这样，我们就在窗口画出了网格。
如果你希望获得整个原始代码，可以通过以下链接获得数据：
模型：