Mesh tridimensionali

Formato OBJ

Gli unici elementi della scena che vengono disegnati in modo diretto sono la skybox per il cielo e il terreno. Tutti i restanti oggetti vengono renderizzati caricando una loro rappresentazione da file. Il formato scelto per la memorizzazione della struttura mesh è la specifica .obj.

Tale formato è sostanzialmente organizzato come segue:

Una prima sezione del documento è dedicata alla definizione geometrica del modello, ovvero della posizione nello spazio 3D dei vertici che lo compongono, incluse le normali alle facce (descritte di seguito).
Ogni linea del file descrive un singolo elemento (o parametro) della struttura:

La definizione di un vertice è preceduta dal carattere v e comprende le tre coordinate x, y, z del vertice.
La definizione di una coordinata texture è preceduta da vt e seguita dalle due coordinate u, v.
La definizione di una normale è preceduta da vn e specifica le tre componenti del vettore normale (x, y, z).

Dopo aver specificato le posizioni spaziali dei diversi elementi, il formato procede a una loro definizione topologica, quindi spiega come questi si compongono tra loro per formare le facce della mesh tridimensionale.

Questa fase definisce ogni singola faccia attraverso il carattere f seguito da una tripletta di vettori contenenti tre o due indici numerici separati da slash /. Ogni vettore specifica rispettivamente un vertice, una coordinata texture e una normale per mezzo di indici interi. Con tre di questi vettori è possibile definire senza ambiguità la conformazione di una faccia triangolare.
NB: il formato obj supporta delle generiche facce poligonali tuttavia, per semplicità, nel codice vengono accettate soltanto modelli triangolarizzati. In caso di modelli che non hanno una texture associata, il secondo indice numerico di ogni tripletta viene omesso.

Oltre alla sua struttura geometrica, il formato permette anche di specificare una libreria di materiali (vedi dopo) per il modello, ovvero le caratteristiche di colore ambientale, diffuso, speculare (e moltissimi altri parametri) per ogni faccia della mesh. A tale scopo il documento .obj può iniziare con la frase mtllib seguita dal nome del file .mtl che contiene la descrizione dei vari materiali (ogni materiale è identificato da una stringa di caratteri: ovvero il suo nome). Durante la definizione topologica del modello è possibile fare riferimento a un materiale da applicare alle facce che verranno descritte da quel punto in poi per mezzo del termine usemtl seguito dal nome del materiale desiderato.

Memorizzazione di un modello

Per poter gestire un modello tridimensionale è necessario prevedere una adeguata struttura dati che contenga e organizzi le informazioni necessarie al suo utilizzo. La struttura Model utilizzata per questo scopo è descritta in model.h ed è organizzata come segue:

quattro valori interi (num..) informano sulla quantità di elementi geometrici presenti nel modello, quindi da quanti vertici è composto, quante facce, etc...
in base ai valori sopra citati, vengono allocate quattro strutture che descrivono concretamente gli elementi del modello: nel caso dei vertici e delle normali vengono usati dei vettori tridimensionali, per le coordinate texture un vettore bidimensionale, per la descrizione delle varie facce viene usata la struttura MFace che comprende la tripletta di indici sopra descritta.
La struttura MtlLib descrive l'intera libreria di materiali associata al modello e viene descritta in un apposito capitolo.

Si sottolinea come la struttura Model sia focalizzata esclusivamente alla memorizzazione di un modello in vista di una sua semplice resa grafica e non sia affatto pensata per un suo editing o per funzionalità di modellazione.

Parsing di un file di modello

La lettura di un file .obj viene affrontata nella funzione loadModelFromOBJ(). Questa corposa procedura è suddivisa concettualmente in due passi:

Si scorre l'intero contenuto del file alla ricerca del numero di elementi da memorizzare, si contano cioè le righe che iniziano con i prefissi v, vn, f e così via per poter poi allocare un'adeguata quantità di memoria per le strutture che conterranno i dati concreti sulla geometria e le caratteristiche del modello. In questa prima fase si cerca anche un'eventuale libreria di materiali associata all'oggetto ed eventualmente si lancia la procedura per il suo caricamento.
Avendo istanziato le strutture per la descrizione degli elementi, si riprende la lettura del file dalla prima riga per poterle compilare. Terminata questa fase, il modello è pronto per essere utilizzato e ne viene restituito il puntatore.

La funzione destroyModel() si preoccupa di liberare tutte le risorse occupate da un modello e dai materiali associati.

Rendering di un modello

La resa grafica di una struttura Model è realizzata nella procedura renderModel() e risulta un'operazione piuttosto semplice. Lo sforzo maggiore è infatti quello di gestire i diversi materiali associati alle facce e la maggior parte del codice di questa funzione è dedicato a questo scopo ed è descritto in un'apposita sezione.
Il rendering di un modello è ottenuto per mezzo di un unico grande ciclo, con tante iterazioni tante quante sono le facce presenti nella struttura dati. Per ciascuna faccia è infatti necessario fornire – attraverso adeguate chiamate opengl – la posizione dei tre vertici che la compongono (si utilizzano GL_TRIANGLES) e per ogni vertice si specificano la normale e le eventuali coordinate texture associate.

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