[CG從零開始] 6. 載入一個柴犬模型學習UV貼圖

在第 5 篇文章中，我們成功載入了 fbx 模型，並且做了 MVP 變換，將立方體按照透視投影渲染了出來。但是當時只是隨機給頂點顏色，並且預設 fbx 檔案裡只有一個 mesh，這次我們來載入一個柴犬模型，並且給模型貼圖，模型可以從 sketchfab 下載。

本文沒有涉及到理論解釋，更多的是程式碼實踐。

完整程式碼在 https://github.com/MangoWAY/CGLearner/tree/v0.3 tag v0.3

1. 建立紋理，載入圖片

我們來封裝一個 Texture 類用來載入圖片，建立、bind 紋理，載入圖片我用的是 pillow 庫。

from OpenGL import GL as gl
from PIL import Image
import numpy as np
class Texture:
    COUNT = 0
    def __init__(self) -> None:
        self.texid = -1
        self.count = -1

    def create(self):
        self.texid = gl.glGenTextures(1)
        
    def load_from_path(self, path: str):
        gl.glActiveTexture(gl.GL_TEXTURE0 + Texture.COUNT)
        self.count = Texture.COUNT
        Texture.COUNT +=1
        gl.glBindTexture(gl.GL_TEXTURE_2D, self.texid)
        # Set the texture wrapping parameters
        gl.glTexParameteri(gl.GL_TEXTURE_2D, gl.GL_TEXTURE_WRAP_S, gl.GL_REPEAT)
        gl.glTexParameteri(gl.GL_TEXTURE_2D, gl.GL_TEXTURE_WRAP_T, gl.GL_REPEAT)
        # Set texture filtering parameters
        gl.glTexParameteri(gl.GL_TEXTURE_2D, gl.GL_TEXTURE_MIN_FILTER, gl.GL_LINEAR)
        gl.glTexParameteri(gl.GL_TEXTURE_2D, gl.GL_TEXTURE_MAG_FILTER, gl.GL_LINEAR)
        # load image
        image = Image.open(path)
        img_data = np.array(list(image.getdata()), np.uint8)
        gl.glTexImage2D(gl.GL_TEXTURE_2D, 
                        0, 
                        gl.GL_RGB, 
                        image.width, 
                        image.height, 
                        0, 
                        gl.GL_RGB, 
                        gl.GL_UNSIGNED_BYTE, 
                        img_data)
        gl.glGenerateMipmap(gl.GL_TEXTURE_2D)

    def bind(self):
        gl.glActiveTexture(gl.GL_TEXTURE0 + self.count)
        gl.glBindTexture(gl.GL_TEXTURE_2D, self.texid)

2. UV 取樣

在之前的文章中，我們基本只用到了頂點的位置資訊，這次我們需要用到頂點的 uv 座標，我們根據 uv 座標對紋理進行取樣，獲取當前的顏色。如下，在之前封裝的模型載入類裡，用 pyassimp 獲取 uv 座標。

# model_importer.py
...
    def load_mesh(self, path: str):
        scene = pyassimp.load(path)
        mmeshes = []
        for mesh in scene.meshes:
            ...
            # 獲取 uv 座標
            mmesh.uvs = mesh.texturecoords.squeeze(0)
            ...
        return mmeshes
...

有了 uv 以後，我們需要將它放到我們的頂點陣列裡，然後正確設定長度、偏移等等，和位置、法線等資料類似。有一點需要注意一下，圖片的座標系原點一般在左上，而 uv 座標的原點在左下，因此需要 y 方向需要翻轉一下。vert 如下，我們新加一個 uv 的頂點屬性，然後將它傳遞到 frag shader 中。在 frag 中翻轉一下 y，然後取樣紋理。

// vert
#version 330 core
...
layout(location = 3) in vec2 aUV;
out vec3 c;
out vec2 uv;
uniform mat4 u_mvp;
void main(){
    gl_Position = u_mvp * vec4(aPos,1.0);
    c = aColor;
    uv = aUV;
}
// frag
#version 330 core
out vec4 color;
in vec3 c;
in vec2 uv;
uniform sampler2D ourTexture;
void main(){
    ...
    vec2 uv1 = vec2(uv.x,1.0-uv.y);
    color = texture(ourTexture, uv1);
}

3. 繪製多個網格

這個柴犬模型裡有 3 個網格，我們需要繪製 3 個網格，因此我們需要修改一下之前主函數的邏輯，之前是預設載入的第一個網格，現在需要載入每一個網格，然後建立 VAO、VBO、EBO 等渲染資料，然後載入紋理資源，最後在渲染迴圈中依次渲染。

# main.py
...
verts = []
indes = []
renderData = []
for mesh in meshes:
    vert = []
    for i in range(len(mesh.vertices)):
        if i % 3 == 0:
            vert.extend([mesh.vertices[i],mesh.vertices[i + 1],mesh.vertices[i + 2]])
            vert.extend([mesh.normals[i],mesh.normals[i + 1],mesh.normals[i + 2]])
            vert.extend([random.random(),random.random(),random.random()])
            vert.extend([mesh.uvs[int(i/3),0],mesh.uvs[int(i/3),1]])
    verts.append(vert)
    inde = mesh.subMeshes[0].indices
    indes.append(inde)
    data = RendererData()
    data.build_data([desp,desp1,desp2,desp3],vert, inde)
    renderData.append(data)
...
tex = Texture()
tex.create()
tex.load_from_path("default_Base_Color.png")
tex.bind()

while (...):
       ...
        for data in renderData:
            data.use()
            data.draw()
            data.unuse()
       ...

我們可以調一調之前定義的 Transform 的位置、角度，或者相機的角度等，渲染的結果如下：

4. 總結

• 載入 uv 座標傳遞到 shader 中；
• 利用 pyopengl 載入紋理貼圖；
• 渲染多個網格資料；