COLLADA DOM Tutorial

引言

　　COLLADA是一个开放的标准，最初用于3D软件数据交换，由SCEA发起，现在则被许多著名厂家支持如Autodesk、XSI等。COLLADA不仅仅可以用于建模工具之间交换数据之用，也可以作为场景描述语言用于小规模的实时渲染。因为COLLADA DOM拥有丰富的内容用于表现场景中的各种元素，从多边形几何体到摄像机无所不包。我们可以通过COLLADA DOM库来进行场景文件的读取与处理操作。

提示

　　COLLADA DOM的编程方式类似COM

苏醒

　　从这里下载COLLADA DOM

　　http://sourceforge.net/projects/collada-dom/

　　准备好你的IDE/编译器，Windows平台下推荐Visual Studio 8，LINUX/UNIX平台下看各路英豪自己的了。

　　推荐下载安装包，会省掉不必要的重新编译的工作。我向来最讨厌重新编译别人的库，一来是时间宝贵，编译的时候自己不可能看到任何有意义的东西，二来很多时候编写这些库的时候引用了特定版本的其它库，导致自己还需要去下载其它的库，非常麻烦。

　　安装好后记得在VC的工程目录加入COLLADA的头文件和库文件文件夹路径，否则什么都找不到。

开始

　　首先在C++源文件中加入COLLADA DOM所需要的头文件

#include <dae.h>
#include <dom/domCOLLADA.h>

　　下面写代码，打开一个DAE XML文件。

int main(int argc, char** argv)
{
    DAE *collada_dom = new DAE();//创建一个DOM解析器
    daeInt error = collada_dom->load("file:///C:/Test/colladaDocument.dae");//打开一个放在C盘Test文件夹下一个名为colladaDocument.dae的文档
    error = collada_com->unload();//关闭刚才打开的文档
    return 0;//程序返回
}

一切都是很简单的。载入文档，获得一个根指针，而后一切的操作都是从这个指针开始逐级的向下遍历、转换。为什么load函数中不是我们所想象的"C:\\Test\\colladaDocument"，而是加了个file前缀。COLLADA DOM支持在处理DAE的时候使用URI直接定位到资源，详细的可以看附带的文档。

　　现在来点复杂的，读取一个几何体。在实际编码前，我们需要理解一个概念，就是Shape与Instance的区别。假如场景中有10000个立方体，那么我们其实只需要储存8个顶点、向量、三角形索引，然后我们指定这10000个立方体各自的变换、Shader参数就可以了。使用COLLADA DOM处理场景中几何体的思路就是，先获得Geometry（也就是我们所知道的Shape），而后获得Instance。在对unload()的调用前增加下面一行代码，

int geometryElementCount = (int)(collada_dom->getDatabase()->getElementCount(NULL, "geometry", NULL));

　　这个时候我们就获得了几何体的确切数目，然后遍历获得各自的数据。再添加一个循环，

for(int currentGeometry=0;currentGeometry<geometryElementCount;currentGeometry++)
{
    domGeometry *thisGeometry = 0;
    m_dae->getDatabase()->getElement((daeElement**)&thisGeometry,currentGeometry,NULL, "geometry");
    domMesh *thisMesh = thisGeometry->getMesh();
}

　　先不要继续添加代码，先最好定义一种我们的程序要使用的物体格式。比如，可以这样，

struct CObject
{
    string m_sName;
    size_t m_iVertexNum;
    size_t m_iNormalNum;
    float* m_pVertices;
    float* m_pNormals;
    size_t m_iTriangleNum;
};

　　我们就可以直接调用glDrawArrays去绘制这个物体。以后为了提高效率甚至可以把所有顶点都上传到Vertex Buffer Object中，这样就不需要每次绘制的时候把顶点、向量、纹理坐标都上传一遍了。下面继续补全代码，

std::vector<CObject*> ObjectShapes;
for(int currentGeometry=0;currentGeometry<geometryElementCount;currentGeometry++)
{
    CObject* pShape = new CObject;
    domGeometry *thisGeometry = 0;
    m_dae->getDatabase()->getElement((daeElement**)&thisGeometry,currentGeometry,NULL, "geometry"); //逐个的找到每个Geometry Shape
    domMesh *thisMesh = thisGeometry->getMesh();//取得Mesh
    domListOfFloats vertexArray = thisMesh->getSource_array()[0]->getFloat_array()->getValue();//取得储存顶点的数组
    domListOfFloats normalArray = thisMesh->getSource_array()[1]->getFloat_array()->getValue();//取得储存向量的数组
    domListOfUInts indexArray = thisMesh->getTriangles_array()[0]->getP()->getValue();//取得三角形索引
    pShape->m_iTriangleNum = indexArray.getCount() / 6;//看下面的解释
    pShape->m_iVertexNum = vertexArray.getCount() / 3;//每个顶点由3个数字组成
    pShape->m_iNormalNum = normalArray.getCount() / 3;//每个向量也由3个数字组成
    printf("%u %u %u\n", pShape->m_iTriangleNum, pShape->m_iVertexNum, pShape->m_iNormalNum);//再次打印一下
    ObjectShapes.push_back(pShape);
}

　　我们知道从MAYA导出的OBJ格式可以不是三角形，通过COLLADA插件导出的物体也一样，我们可以选择三角化或者保持原样。假如我们不选择三角化，那么对于一个简单的CUBE来说，它的表示可能是这样的，

<polylist material="initialShadingGroup" count="6">
  <input semantic="VERTEX" source="#pCubeShape1-vertices" offset="0"/>
  <input semantic="NORMAL" source="#pCubeShape1-normals" offset="1"/>
  <vcount>4 4 4 4 4 4</vcount>
  <p>0 0 1 1 3 2 2 3 2 4 3 5 5 6 4 7 4 8 5 9 7 10 6 11 6 12 7 13 1 14 0 15 1 16 7 17 5 18 3 19 6 20 0 21 2 22 4 23</p>
</polylist>

　　这里vcount的意思是每个POLYGON由多少个顶点向量对组成，列表可以让大家明白的更容易一些，

Polygon	Vertex Index	Normal Index
0	0 1 3 2	0 1 2 3
1	2 3 5 4	4 5 6 7

　　也就是说，索引数值遵照“顶点 向量 顶点 向量”这样的顺序排列，即使有了UV也一样。

<triangles material="initialShadingGroup" count="12">
  <input semantic="VERTEX" source="#pCubeShape1-vertices" offset="0"/>
  <input semantic="NORMAL" source="#pCubeShape1-normals" offset="1"/>
  <p>0 0 1 1 2 3 1 1 3 2 2 3 2 4 3 5 4 7 3 5 5 6 4 7 4 8 5 9 6 11 5 9 7 10 6 11 6 12 7 13 0 15 7 13 1 14 0 15 1 16 7 17 3 19 7 17 5 18 3 19 6 20 0 21 4 23 0 21 2 22 4 23</p>
</triangles>

　　三角化后一切看似都变多了，其实原理依旧，

Triangle	Vertex Index	Normal Index
0	0 1 2	0 1 3
1	1 3 2	1 2 3

　　了解了这个之后，让我们再次把代码补全，将所有三角化后几何体按照顺序储存到数组里去让OpenGL直接渲染。

std::vector<CObject*> ObjectShapes;

for(int currentGeometry=0;currentGeometry<geometryElementCount;currentGeometry++)
{
    CObject* pShape = new CObject;
    domGeometry *thisGeometry = 0;
    m_dae->getDatabase()->getElement((daeElement**)&thisGeometry,currentGeometry,NULL, "geometry"); //逐个的找到每个Geometry Shape
    domMesh *thisMesh = thisGeometry->getMesh();//取得Mesh
    domListOfFloats vertexArray = thisMesh->getSource_array()[0]->getFloat_array()->getValue();//取得储存顶点的数组
    domListOfFloats normalArray = thisMesh->getSource_array()[1]->getFloat_array()->getValue();//取得储存向量的数组
    domListOfUInts indexArray = thisMesh->getTriangles_array()[0]->getP()->getValue();//取得三角形索引

    pShape->m_iTriangleNum = indexArray.getCount() / 6;//看下面的解释
    pShape->m_iVertexNum = vertexArray.getCount() / 3;//每个顶点由3个数字组成
    pShape->m_iNormalNum = normalArray.getCount() / 3;//每个向量也由3个数字组成
    printf("%u %u %u\n", pShape->m_iTriangleNum, pShape->m_iVertexNum, pShape->m_iNormalNum);//再次打印一下
    pShape->m_pVertices = new float[pShape->m_iTriangleNum*3*3];
    pShape->m_pNormals = new float[pShape->m_iTriangleNum*3*3];

    ObjectShapes.push_back(pShape);

    size_t _V[3],_N[3];
    for( size_t i = 0; i < cube.m_iTriangleNum; i++ ){
        size_t offset = i*6;
        _V[0] = indexArray.get(offset+0);
        _N[0] = indexArray.get(offset+1);
        _V[1] = indexArray.get(offset+2);
        _N[1] = indexArray.get(offset+3);
        _V[2] = indexArray.get(offset+4);
        _N[2] = indexArray.get(offset+5);

        offset = i*3*3;
        for( size_t j=0; j < 3; j++ ){
            pShape->m_pVertices[offset+0] = vertexArray.get(_V[0]*3+0);
            pShape->m_pVertices[offset+1] = vertexArray.get(_V[0]*3+1);
            pShape->m_pVertices[offset+2] = vertexArray.get(_V[0]*3+2);
            pShape->m_pVertices[offset+3] = vertexArray.get(_V[1]*3+0);
            pShape->m_pVertices[offset+4] = vertexArray.get(_V[1]*3+1);
            pShape->m_pVertices[offset+5] = vertexArray.get(_V[1]*3+2);
            pShape->m_pVertices[offset+6] = vertexArray.get(_V[2]*3+0);
            pShape->m_pVertices[offset+7] = vertexArray.get(_V[2]*3+1);
            pShape->m_pVertices[offset+8] = vertexArray.get(_V[2]*3+2);
            pShape->m_pNormals[offset+0] = normalArray.get(_N[0]*3+0);
            pShape->m_pNormals[offset+1] = normalArray.get(_N[0]*3+1);
            pShape->m_pNormals[offset+2] = normalArray.get(_N[0]*3+2);
            pShape->m_pNormals[offset+3] = normalArray.get(_N[1]*3+0);
            pShape->m_pNormals[offset+4] = normalArray.get(_N[1]*3+1);
            pShape->m_pNormals[offset+5] = normalArray.get(_N[1]*3+2);
            pShape->m_pNormals[offset+6] = normalArray.get(_N[2]*3+0);
            pShape->m_pNormals[offset+7] = normalArray.get(_N[2]*3+1);
            pShape->m_pNormals[offset+8] = normalArray.get(_N[2]*3+2);
        }
    }
}

　　这样，我们就可以使用OpenGL渲染了，

glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);
for( int i=0; i<ObjectShapes.size(); i++ ){
    glVertexPointer(3,GL_FLOAT,0,ObjectShapes[i]->m_pVertices);
    glNormalPointer(GL_FLOAT,0,ObjectShapes[i]->m_pNormals);
    glDrawArrays(GL_TRIANGLES,0,ObjectShapes[i]->m_iTriangleNum*3);
}
glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);
glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);

　　在这里可能会有疑问，为什么不使用索引的方式绘制，而是把所有的三角形全部分开，因为导出的场景向量与顶点的数目、位置都不统一，导致索引“顾此失彼”全然无序，虽然说可以修正，但是那样代码量就多了起来，而且无法应用OOCSX的方法简化复杂几何体。

关于调试方法

　　COLLADA DOM在操作过程中几乎都是与指针打交道，在开始不熟悉的情况下频频访问违规出错等等是很正常的，只要注意老老实实的调用getElementName()、getTypeName()、getCount()查看当前操作对象的名称和元素数据，而后逐步的找到自己需要的资源。

性能建议

　　COLLADA DOM的底层使用的是SAX进行XML文件的访问操作，构建于LibXML2库之上，所以我推荐从DAE文件头开始依次处理Geometry、Visual Scene等等，减少运行库在来回搜索的损耗。默认COLLADA DOM是静态库，导致链接后的程序着实非常巨大，所以推荐使用动态链接。