在看完GAMES104动画系统那一部分后，我也想写一个简单的动画系统，又要开一个坑了！本文将简要介绍glTF文件的格式。

glTF文件简介

glTF文件格式为高效读取3D场景和模型而被发明，它的格式是公开标准，支持外部文件和内嵌Base64编码的数据，且容易拓展新特性。

组成部分

接下来看看glTF文件格式的组成：

• 场景Scene：glTF文件的顶层元素是场景，是场景层次结构的根节点。一个glTF文件可能包含多个场景，并标明默认场景。
• 节点Node：节点是模型的最小单元，glTF文件中的节点通常描述模型中的一部分，例如人模型的腿、机械模型的一个齿轮等。它包含许多当前节点信息，如位置、SRT变换、和它相连的子节点等。
• 相机Camera：定义相机是如何看向模型的，包括相机的种类，正交/透视投影等。
• 蒙皮Skin：定义顶点蒙皮动画的相关参数，可以附加到节点上，被访问器Accessor获取。
• 网格Mesh：定义节点的几何信息，可由访问器Accessor获取相关信息。
• 动画Animation：定义了节点在一段时间内的变化信息，例如SRT变换等。
• 缓冲Buffer：是一块二进制数据，用于内嵌数据或指向外部文件。需要用BufferView或者Accessor翻译它。
• BufferView：首先需要它来读取缓冲，它将Buffer按信息种类切片，提供Accessor查看。
• 访问器Accessor：可看作网格、蒙皮、动画等数据的抽象。它定义了数据的类型、在BufferView中的排列和对齐方式。
• 材质Material：材质包含模型的外观，glTF文件格式使用PBR材质。它包括用于主表面颜色的基色，反射用的金属度和漫反射用的粗糙度。还有如自发光、透明度等参数。也会指向纹理。
• 纹理Texture：允许glTF模型拥有更自然的外观，通常指向一个纹理和采样器对象，被材质所使用。
• 图像Image：指向图片文件，包括内嵌数据、JPEG和PNG等格式的图片。
• 采样器Sampler：采样器定义如何采样一张纹理，例如之前OpenGL介绍过的。

探索样例文件

glTF格式文件使用JSON存储数据，此外还有更节省空间的二进制格式。接下来看看一个标准三角形的gltf文件包含什么：

场景

文件首先要定义场景：

{
    "scene": 0,
    "scenes": [
        {
            "nodes": [0]
        }
    ],
    ...

scene描述了文件中的默认场景索引，用于创建读取文件后默认开始的场景。scenes则描述不同场景中包含的节点索引信息。

节点和网格

接下来定义节点：

"nodes" : [
    {
        "mesh": 0
    }
],
...

目前只定义了节点0，节点0内只包含了网格0。该节点没有子节点，有的话会定义在单独的孩子节点块，然后是定义SRT变换。此外还有一个叫做name的定义区域，该区域定义了节点的可读名字或描述。

网格则定义如下：

    "meshes" : [
        {
            "primitives": [{
                "attributes" : {
                    "POSITION" : 1
                },
                "indices" : 0
            }]
        }
    ],
...

图元描述了网格内的元素，属性则定义了存储在访问器Accessor中的数据，这里将要使用在访问器Accessor中索引为1的顶点数据为位置。除此之外也能用几何索引来渲染多边形，就像IBO那样。

缓冲

缓冲的定义如下：

"buffers" :[
    {
        "uri" : "data:application/octet-stream;base64,AAABAAIAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAIA/AAAAAAAAAAAAAAAAAACAPwAAAAA=",
        "byteLength" : 44
    }
]

缓冲包含一个数据URI，和base64编码的内嵌数据，以及数据的长度。将base64数据转码，用十六进制来读取如下：

00 00 01 00 02 00 00 00 
00 00 00 00 00 00 00 00 
00 00 00 00 00 00 80 3f 
00 00 00 00 00 00 00 00 
00 00 00 00 00 00 80 3f 
00 00 00 00

发现看不明白，这时候就需要用BufferViews来描述数据信息了：

"bufferViews": [
    {
        "buffer" : 0,
        "byteOffset" : 0,
        "byteLength" : 6,
        "target" : 34963
    },
    {
        "buffer" : 0,
        "byteOffset" : 8,
        "byteLength" :36,
        "target" : 34962
    }
],

这两个BufferView提供了缓冲0的两种视角。前者从位置0开始，长度6字节；后者从位置8开始，长度36个字节。而target则是glTF定义的魔数，例如34963是ELEMENT_ARRAY_BUFFER；34962是ARRAY_BUFFER。那么两段buffer就能分开了：

00 00 01 00 02 00 

00 00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 00 00 00 80 3f 
00 00 00 00 00 00 00 00 
00 00 00 00 00 00 80 3f 
00 00 00 00

访问器

访问器则具体描述了上面的数据应该怎么用：

"accessors" : [
    {
        "bufferView" : 0,
        "byteOffset" : 0,
        "componentType" : 5123,
        "count" : 3,
        "type" : "SCALAR",
        "max" : [ 2 ],
        "min" : [ 0 ]
    },
    {
        "bufferView" : 1,
        "byteOffset" : 0,
        "componentType" : 5126,
        "count" : 3,
        "type" : "VEC3",
        "max" : [ 1.0, 1.0, 0.0 ],
        "min" : [ 0.0, 0.0, 0.0 ]
    }
],
...

首先看看Accessor0，它将使用BufferVIew0中的数据，类型5123是UNSIGNED_SHORT，每个标量2字节。然后是Accessor1，它将使用BufferView1中的数据，类型5126是FLOAT，4字节。

那么上面的数据就能转换如下：

0 1 2

0.0 0.0 0.0
1.0 0.0 0.0
0.0 1.0 0.0

Asset元素

Asset元素则提供了文件的版本定义：

	"asset" : {
    	"version" : "2.0"
	}
}

此外还有诸如版权等定义。

参考资料

• LearnOpenGL - Skeletal Animation
• 《C++ Game Animation Programming》