Directx11教程四十六之FBX SDK

在之前的DX11入门系列文章中，有篇有关 Directx11教程四十之加载OBJ模型 读取obj模型数据的博客。不过在obj读取的那篇博客我有些坑并没有说，就是我写的那个obj解析器只能解析特定的obj文件格式，因为后面我用我写的obj模型解析器发现根本无法解析大多数的obj文件格式，真是让人崩溃，因为那时的我是分析特定的一两个obj文件写出来的解析器，实际上obj文件数据的多样性超越我的想象。所以我不推荐大家在使用obj了，请远离obj。 obj能直接查看文本数据，但并不好用。我们紧跟商业引擎的步伐，用FBX格式。

惯例，放出本篇博客有关程序对应的结构:

关于商业引擎与FBX SDK

我们知道UE4,U3D导入模型是FBX文件，也就是说FBX文件是UE4,U3D的中间模型文件，为什么特意加个“中间”呢？那是因为FBX模型文件仅仅是UE4，U3D的导入模型文件，并不是UE4，U3D游戏运行时加载的模型文件。像UE4,U3D这样的引擎导入FBX文件会生成自己的自定义模型文件。这是为什么呢？用过FBX SDK读取模型数据你就会发现使用 FBX SDK 读取FBX模型文件的直接得到的几何数据(例如顶点数据)存在一定(有时候甚至可以说是严重的)的冗余，并且读取的速度也不够快，因此FBX文件只是商业引擎的中间模型文件。当然我们是DX11教程做案例，没必要搞那么复杂，直接用FBX SDK读取FBX文件的数据作为渲染数据来使用。

FBX SDK的环境配置。

我用的是VS2017和 FBX  SDK2017.1,

FBX SDK2017.1下载地址:http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/pc/item?siteID=123112&id=26012646

相应的开发文档：http://help.autodesk.com/view/FBX/2017/ENU/，可以跟着文档来配置环境

因为用的是VS2017，相应的FBX SDK2017也只给出了VS2015,VS2013的编译版本，环境配置方案有三种，我三种都试过了，发现VS2017可以使用DLL配置的那种。

FBX 文件的读取

关于FBX数据的读取 这里我就不献丑了，直接引用前人写的博客就行了。下面三篇有关FBX读取数据的博客强烈推荐：

1.基于FBX SDK的FBX模型解析与加载 -（一）

2.基于FBX SDK的FBX模型解析与加载 -（二）

3.Working with FBX SDK (2)

4.解析 FBX 模型文件作为 Direct3D 的渲染模型

跟着这三篇博客基本上能理解基本的FBX SDK读取数据的概念。

这里唯一要纠结的是，材质的读取接口已经发生改变了，我们因爲需要在DX11读取文件，就得获取纹理文件的相对路径(不推荐用绝对路径)，采用的接口是FBXFileTexture而并非FBXTexture,如下所示：

void ImportFBX::ReadReletiveTextureFileName(FbxProperty* mproperty,
	int materialIndex, map<int, Material>& materialMap)
{
	if (!mproperty || !mproperty->IsValid())
	{
		return;
	}
	string name = mproperty->GetName();
	bool isNeedTexture = false;
	isNeedTexture = (name == FbxSurfaceMaterial::sDiffuse) || (name == FbxSurfaceMaterial::sSpecular)
		|| (name == FbxSurfaceMaterial::sTransparentColor) || (name == FbxSurfaceMaterial::sBump);
	if (!isNeedTexture)
	{
		return;
	}

	int textureNum = mproperty->GetSrcObjectCount<FbxFileTexture>();
	//现在每种纹理仅仅读取一个
	if (textureNum > 0)
	{
		FbxFileTexture* fbxFileTexture = mproperty->GetSrcObject<FbxFileTexture>(0);
		string  relativeFileName = fbxFileTexture->GetRelativeFileName();
		size_t tgaTagPos = relativeFileName.find(".tga");
		if (tgaTagPos != string::npos)
		{
			relativeFileName = relativeFileName.substr(0, tgaTagPos);
			relativeFileName += string(".jpg");
		}
		string fileName = fbxFileNamePre + relativeFileName;
		if (name == FbxSurfaceMaterial::sDiffuse)
		{
			materialMap[materialIndex].diffuseMapFileName = fileName;
		}
		else if (name == FbxSurfaceMaterial::sSpecularFactor)
		{
			materialMap[materialIndex].specularMapFileName = fileName;
		}
		else if (name == FbxSurfaceMaterial::sTransparentColor)
		{
			materialMap[materialIndex].alphaMapFileName = fileName;
		}
		else if (name == FbxSurfaceMaterial::sBump)
		{
			materialMap[materialIndex].bumpMapFileName = fileName;
		}

	}

}

好吧，这里我只读取diffuseTexture,NormalTexture,SpecularTexture,AlphaTexture,并且DXUT由于无法加载.tga格式的纹理，我转为.tga文件后缀名为.jpg,并且将相应的FBX文件的所有.tga图片在PS里转为了.jpg文件。

读取FBX的数据结构：

我们知道FBX的节点是以树的形状来组织的，因此用树来组织是再好不过的，当然我为了教程的简易，只是用了数组来组织。

1.顶点结构如下，没多少好说的

struct VertexPCNTT
{
	XMFLOAT3 pos;
	XMFLOAT3 color;
	XMFLOAT3 normal;
	XMFLOAT3 tangent;
	XMFLOAT2 uv;
};

2. 三角形结构，因为在fbx的fbxNode节点中，读取的每个三角形都有一个材质id,索引到相应的材质，相应的材质蕴含相应的相应各种属性(Diffuse,Specular,以及各种纹理)  。 这里得注意一点，材质id是绑定于相应的节点的，比如说fbxNode1和fbxNode2的同一个材质id(例如都为0或者1之类的)是完全不存在关系的，材质id仅仅针对于绑定的节点。

struct Triangle
{
	VertexPCNTT vertexs[3];
	int MaterialId;
};

3. 材质结构，这里我们的材质直接用纹理文件名来表示，当读取到相应的纹理文件名为空时，就代表不存在相应纹理，反之则存在相应纹理。

struct Material
{
	string diffuseMapFileName;
	string specularMapFileName;
	string alphaMapFileName;
	string bumpMapFileName;
};

4. mesh结构，我们从前面的四篇博客可以知道，一个mesh的节点读取的所有三角形存在可能不只一个材质id,而每个材质id是绑定于相应的fbxNode的，因为一个mesh类型的fbxNode或者说fbxMesh存在多少个材质id,则就存在多少个mesh.(这里不可能一个三角形就是一个mesh，drawCall得吓死人，所以得根据在读取fbxMesh数据的时候,把材质id相同的三角形归为同一个mesh)。总体来说 一个fbxMesh存在多少个材质id,就生成多少个mesh，也就是一个mesh存在一种材质id

struct Mesh
{
	vector<VertexPCNTT> mVertexData;
	vector<WORD> mIndexData;
	int materialId;
	ID3D11Buffer* mVertexBuffer;
	ID3D11Buffer* mIndexBuffer;
};

5.model结构， 刚才我们说过一个mesh的fbxNode或者说fbxMesh可以解析出多个mesh,则一个fbxNode的所有mesh解析成了model.不过得注意我在model结构添加了材质哈希表，mesh可以通过自身的材质id,在model结构找到相应的材质(相应的纹理相对路径。

struct Model
{
	vector<Mesh> mMeshList;
	map<int, Material> mMaterialMap;
};

6.FBXModel结构，我们上面说model为一个节点解析出来的结构，而一个fbx文件如果含有n多个分fbxNode(fbxMesh),也就是生成了n多个Model结构体，我解析其为FBXModel.注意我用了一个哈希表来查询相应的 ID3D11ShaderResourceView* 资源，这个mSRVMap的键为纹理的相对路径，可能看到这你可豁然开朗。

//保证了一个FBX加载的所有纹理文件都仅仅加载一次
struct FBXModel
{
	vector<Model> mModelList;
	map<string, ID3D11ShaderResourceView*> mSRVMap;
};

这里思路很明确，在渲染的时候，我们是以mesh为个体，一个一个进行渲染的，思路过程：

（1) 设置mesh的顶点缓存和索引缓存

  (2) 根据 mesh 的材质MaterialId在相应的 model 材质名哈希表 找到相应的Material,最后用Material对应的四种纹理相应路径名在FBXModel 材质哈希表找到相应的ID3D11ShaderResourceView* 资源，然后用相应的Shader进行渲染，好吧，一切已然豁然开朗。

FBX数据读取的坐标系空间纠正：

因为我们是在3DS MAX建模的，而我们3DS MAX的坐标系空间如下:

3DS MAX的坐标系空间是Z轴向上的右手坐标系，而D3D11的是Y轴向上的左手坐标系。因此如果你直接拿FBX读取的数据渲染，会发现模型 往往是躺着的。我采用了绕X轴渲染 -90度 的办法，对读取的顶点数据做如下变换:

1.位置（XMMatrixRotationX(-XM_PI/2.0)），

//由于3DS MAX里坐标轴为Z轴向上的，Y轴向里的右手坐标系， D3D11为左手坐标系
//参考https://www.cnblogs.com/wantnon/p/4372764.html
void ImportFBX::ReadVertexPos(FbxMesh* mesh, int ctrlPointIndex, XMFLOAT3* pos)
{
	FbxNode* meshNode = mesh->GetNode();
	FbxAnimEvaluator* lEvaluator = mScene->GetAnimationEvaluator();
	FbxMatrix lGlobal;

	lGlobal.SetIdentity();
	lGlobal = lEvaluator->GetNodeGlobalTransform(meshNode);
	FbxDouble3 scaling = meshNode->LclScaling.Get();
	FbxVector4 * ctrPoints = mesh->GetControlPoints();
	pos->x = ctrPoints[ctrlPointIndex][0] * scaling[0];
	pos->y = ctrPoints[ctrlPointIndex][2] * scaling[2];
	pos->z = -ctrPoints[ctrlPointIndex][1] * scaling[1];


}

2.顶点法线(顶点位置变换的逆反矩阵变换)

void ImportFBX::ReadVertexNormal(FbxMesh* mesh, int ctrlPointIndex, int vertexCount, XMFLOAT3* normal)
{
	if (mesh->GetElementNormalCount() < 1)
	{
		return;
	}

	FbxGeometryElementNormal* vertexNormal = mesh->GetElementNormal(0);

	switch (vertexNormal->GetMappingMode())
	{
	case FbxGeometryElement::eByControlPoint:
	{
		switch (vertexNormal->GetReferenceMode())
		{
		case FbxGeometryElement::eDirect:
		{
			normal->x = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[0];
			normal->y = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[2];
			normal->z = -vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[1];
		}
		break;
		case FbxGeometryElement::eIndexToDirect:
		{
			int id = vertexNormal->GetIndexArray().GetAt(ctrlPointIndex);
			normal->x = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(id).mData[0];
			normal->y = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(id).mData[2];
			normal->z = -vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(id).mData[1];
		}
		break;

		default:
			break;
		}
	}
	break;

	case FbxGeometryElement::eByPolygonVertex:
	{
		switch (vertexNormal->GetReferenceMode())
		{
		case FbxGeometryElement::eDirect:
		{
			normal->x = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(vertexCount).mData[0];
			normal->y = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(vertexCount).mData[2];
			normal->z = -vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(vertexCount).mData[1];
		}
		break;

		case FbxGeometryElement::eIndexToDirect:
		{
			int id = vertexNormal->GetIndexArray().GetAt(vertexCount);
			normal->x = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(id).mData[0];
			normal->y = vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(id).mData[2];
			normal->z = -vertexNormal->GetDirectArray().GetAt(id).mData[1];
		}
		break;

		default:
			break;
		}
		break;
	}
	}
}

3.顶点切线(跟顶点位置变换一致)

void ImportFBX::ReadVertexTangent(FbxMesh* mesh, int ctrlPointIndex, int vertexCount, XMFLOAT3* tangent)
{
	if (mesh->GetElementTangentCount() < 1)
	{
		return;
	}

	FbxGeometryElementTangent* vertexTangent = mesh->GetElementTangent(0);

	switch (vertexTangent->GetMappingMode())
	{
	case FbxGeometryElement::eByControlPoint:
	{
		switch (vertexTangent->GetReferenceMode())
		{
		case FbxGeometryElement::eDirect:
		{
			tangent->x = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[0];
			tangent->y = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[2];
			tangent->z = -vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[1];
		}
		break;
		case FbxGeometryElement::eIndexToDirect:
		{
			int id = vertexTangent->GetIndexArray().GetAt(ctrlPointIndex);
			tangent->x = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(id).mData[0];
			tangent->y = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(id).mData[2];
			tangent->z = -vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(id).mData[1];
		}
		break;

		default:
			break;
		}
	}
	break;

	case FbxGeometryElement::eByPolygonVertex:
	{
		switch (vertexTangent->GetReferenceMode())
		{
		case FbxGeometryElement::eDirect:
		{
			tangent->x = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(vertexCount).mData[0];
			tangent->y = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(vertexCount).mData[2];
			tangent->z = -vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(vertexCount).mData[1];
		}
		break;

		case FbxGeometryElement::eIndexToDirect:
		{
			int id = vertexTangent->GetIndexArray().GetAt(vertexCount);
			tangent->x = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(id).mData[0];
			tangent->y = vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(id).mData[2];
			tangent->z = -vertexTangent->GetDirectArray().GetAt(id).mData[1];
		}
		break;

		default:
			break;
		}
		break;
	}
	}
}

4.顶点UV，u2 = u1, v2 = 1.0 - v1,则就是U不变，而v反过来(DX11与OPenGL相反)。

void ImportFBX::ReadVertexUV(FbxMesh* mesh, int ctrlPointIndex, int uvIndex, XMFLOAT2* uv)
{
	if (mesh->GetElementUVCount() < 1)
	{
		return;
	}

	FbxGeometryElementUV* vertexUV = mesh->GetElementUV(0);

	switch (vertexUV->GetMappingMode())
	{
	case FbxGeometryElement::eByControlPoint:
	{
		switch (vertexUV->GetReferenceMode())
		{
		case FbxGeometryElement::eDirect:
		{
			//因为这些这些数据个Opengl坐标一样，而我们是需要在D3D11里渲染的数据，所以部分数据得改变
			//v反转
			uv->x = vertexUV->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[0];
			uv->y = 1.0f - vertexUV->GetDirectArray().GetAt(ctrlPointIndex).mData[1];

		}
		break;
		case FbxGeometryElement::eIndexToDirect:
		{
			int id = vertexUV->GetIndexArray().GetAt(ctrlPointIndex);
			uv->x = vertexUV->GetDirectArray().GetAt(id).mData[0];
			uv->y = 1.0f - vertexUV->GetDirectArray().GetAt(id).mData[1];
		}
		break;

		default:
			break;
		}
	}
	break;

	case FbxGeometryElement::eByPolygonVertex:
	{
		switch (vertexUV->GetReferenceMode())
		{
		case FbxGeometryElement::eDirect:
		case FbxGeometryElement::eIndexToDirect:
		{
			uv->x = vertexUV->GetDirectArray().GetAt(uvIndex).mData[0];
			uv->y = 1.0f - vertexUV->GetDirectArray().GetAt(uvIndex).mData[1];
		}
		break;

		default:
			break;
		}
		break;
	}
	}
}

最终渲染结果：

参考资料：

【1】Working with FBX SDK (2)

【2】基于FBX SDK的FBX模型解析与加载 -（一）

【3】基于FBX SDK的FBX模型解析与加载 -（二）

【4】FBX 2017.1开发者文档

源码链接：

https://download.csdn.net/download/qq_29523119/10351468

未来待提高

【1】命名有问题，不过懒得改了，Mesh应该改为SubMesh, Model改为Mesh,FBXModel改为Model

【2】FBXModel管理Model更应该用树结构，而非vector数组。

【3】纹理哈希表不应该与FBXModel绑定在一起，因为加载的多个FBX模型很有可能存在相同的加载纹理或者说是相同的纹理相对路径名。更应该建立一个全局的纹理管理类，避免纹理加载资源的重复性。

【4】顶点数据存在大量的冗余，可以自定义文件来存储模型数据，FBX还是作为导入模型比较合适，不适合作为游戏运行时的加载模型文件。