【OpenGL】CPP读取STL文件并通过OpenGL显示
1. 引言
在学习OpenGL的过程中，有很多同学都卡在了导入模型这一步。由于assimp库的编译和配置比较复杂，如果使用官方编译好的库会则不具有良好的跨平台覆盖；而如果自己进行编译，有可能会在进行CMAKE编译的时候出现类似于‘DirectX库缺失’这样的错误。此外，虽然assimp库支持几十种模型文件的读取，但对于初学者来说，这并不是必须的。为了在一些特殊场景下读取并显示STL文件，本文尝试采用相对简单的语法手写STL文件的读取，便于大家认识STL文件及其结构，并通过OpenGL将所读取的模型显示出来。
2. 认识STL
STL文件是一种以记录三角形面片来描述立体模型的文件结构，通常作为CAD以及3D打印的常用交换格式。常见的STL文件主要有二进制和ASCII两种记录方式。在Inventor等软件中，导出模型时可以自行选择导出格式。
ASCII格式的STL文件非常易读，一个立方体的文件如下。
solid ASCII // 表示文件采用ASCII存储
facet normal -1.000000e+00 0.000000e+00 0.000000e+00 //面的法向量，指向立方体的外部，可以通过右手定则恢复顶点顺序
outer loop
vertex -5.000000e+00 0.000000e+00 -5.000000e+00//顶点的x,y,z坐标
vertex -5.000000e+00 0.000000e+00 5.000000e+00
vertex -5.000000e+00 1.000000e+01 -5.000000e+00//三个顶点构成三角形
endloop
endfacet
//……省略其余7个顶点……
endsolid//文件结束
值得注意的是，顶点坐标的单位是由生成STL文件的软件决定的，但并不会体现在stl文件中。例如上面数据的单位是毫米，在我们导入时需要注意单位可能需要转换。
二进制的STL Binary文件结构也很清晰。因其冗余内容较少，大多数软件默认导出的STL文件都是二进制格式的。
UINT8//Header//文件头，共80字节，存贮文件名；
UINT32//Numberoftriangles//4个字节的整数描述三角面片数量
//foreachtriangle（每个三角面片中占用50字节）
REAL32[3] //Normalvector//法线矢量，3个4字节浮点数
REAL32[3] //Vertex1//顶点1坐标，3个4字节浮点数
REAL32[3] //Vertex2//顶点2坐标，3个4字节浮点数
REAL32[3] //Vertex3//顶点3坐标，3个4字节浮点数
UINT16//Attributebytecountend//二个字节，文件属性统计
本文优先关注方便读取的ASCII格式的STL文件，二进制文件则留待以后再研究。
3. STL文件读取
本文为了简化读入的逻辑，对于STL文件的读取没有进行任何的读入优化，用一个word字符串来读取所有的英文单词。
代码如下：
float pow0_1(int a)
{
float pow = 1.0;
for(;a>=0;a--)
pow *= 0.1;
return pow;
}
float pow10(int a)
{
float pow = 1.0;
for(;a>=0;a--)
pow *= 10.0;
return pow;
}
float gen_vertex(char input[15])
{
int temp1,temp2;float v;float multipler=0.0000001;
if(input[0]=='-')
{
temp1=(input[1]-48)*1000000+(input[3]-48)*100000+(input[4]-48)*10000+(input[5]-48)*1000+(input[6]-48)*100+(input[7]-48)*10+(input[8]-48)*1;
temp2=(input[11]-48)*10+(input[12]-48);
if(input[10]=='-')
multipler *= pow0_1(temp2);
else
multipler *= pow10(temp2);
v = (float)temp1 * multipler * (-1.0);
}
else
{
temp1=(input[0]-48)*1000000+(input[2]-48)*100000+(input[3]-48)*10000+(input[4]-48)*1000+(input[5]-48)*100+(input[6]-48)*10+(input[7]-48)*1;
temp2=(input[10]-48)*10+(input[11]-48);
if(input[9]=='-')
multipler *= pow0_1(temp2);
else
multipler *= pow10(temp2);
v = (float)temp1 * multipler;
}
return v;
}/////////////////////////////这三个函数返回顶点某个分量的浮点数值
void STL_Read()
{
char word[15];
freopen("2_ASCII.stl","r",stdin);
cin >> word;cin >> word;//solid ascii
int i;
char vertex[15];
for(i=1;;i++)
{
cin >> word;
if(word[0]=='e')
{
break;
}//如果读入的是endsolid，则结束顶点输入
cin >> word;cin >> word;cin >> word;cin >> word;/////////facet normal
cin >> word;cin >> word;/////////outer loop
///////////////////读入第一个顶点
cin >> word;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt] = gen_vertex(vertex) * 0.1;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt+1] = gen_vertex(vertex)*0.1;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt+2] = gen_vertex(vertex)*0.1;
vertices[VerticesCnt+3] = 0.3f;
vertices[VerticesCnt+4] = 0.4f;
vertices[VerticesCnt+5] = 0.5f;//设置顶点颜色
VerticesCnt += 6;
////////////////////////////////读入第二个顶点
cin >> word;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt] = gen_vertex(vertex) * 0.1;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt+1] = gen_vertex(vertex)*0.1;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt+2] = gen_vertex(vertex)*0.1;
vertices[VerticesCnt+3] = 0.5f;
vertices[VerticesCnt+4] = 0.5f;
vertices[VerticesCnt+5] = 1.0f;//设置顶点颜色
VerticesCnt += 6;
//////////////////////////////////////////////读入第三个顶点
cin >> word;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt] = gen_vertex(vertex) * 0.1;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt+1] = gen_vertex(vertex)*0.1;
cin >> vertex;vertices[VerticesCnt+2] = gen_vertex(vertex)*0.1;
vertices[VerticesCnt+3] = 0.5f;
vertices[VerticesCnt+4] = 0.4f;
vertices[VerticesCnt+5] = 0.0f;//设置顶点颜色
VerticesCnt += 6;
////////////////////////////////////
cin >> word;//endloop
cin >> word;//endfacet
}
fclose(stdin);
}
然后，在main函数里运行STL_Read函数，就可以得到STL的顶点数据，再调用OpenGL显示就十分方便了。
4. 代码全文
总体流程是：
- 初始化并创建窗口
- 加载立方体顶点VAOVBO以及着色器并开启深度测试、
- 进入主循环清除缓冲
- 使用立方体着色器，构造并传入pvm矩阵，绘制
- 循环结束，释放VAOVBO
关于OpenGL的部分可以配合注释自行理解，之后我也会尝试更新关于OpenGL的内容。
#include 运行效果：
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