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Assimp

我们不太能够对像是房子、汽车或者人形角色这样的复杂形状手工定义所有的顶点、法线和纹理坐标。我们要的是将这些模型(Model)导入(Import)到程序当中。模型通常都由3D艺术家在Blender、3DS Max或者Maya这样的工具中精心制作。上述的建模工具，可以让艺术家创建复杂的形状，使用一种叫做UV映射的手段来应用贴图。将会在导出到模型文件的时候自动生成所有的顶点坐标、顶点法线以及纹理坐标。
我们需要解析这些导出的模型文件以及提取有用的信息，把它们存储为OpenGL能够理解的格式。

模型的文件格式有很多种，每一种都会以它们自己的方式来导出模型数据。像是Wavefront的.obj这样的模型格式，只包含了模型数据以及材质信息，比如模型颜色和漫反射/镜面光贴图。而以XML为基础的Collada文件格式则非常的丰富，包含模型、光照、多种材质、动画数据、摄像机、完整的场景信息等等。
Wavefront的.obj格式通常被认为是一个易于解析的模型格式。建议至少去Wavefront的wiki页面上看看文件格式的信息是如何封装的。这应该能让你认识到模型文件的基本结构。不同种类的文件格式有很多，它们之间通常并没有一个通用的结构。想从这些文件格式中导入模型的话，我们必须要去自己对每一种需要导入的文件格式写一个导入器。很幸运的是，正好有一个库专门处理这个问题。

模型加载库

模型导入库Assimp，它是Open Asset Import Library（开放的资产导入库）的缩写。
能够导入很多种不同的模型文件格式，它会将所有的模型数据加载到Assimp的通用数据结构种。当Assimp加载完模型之后，我们就能够从Assimp的数据结构中提取我们所需的所有数据了。由于Assimp的数据结构保持不变，不论导入的是什么种类的文件格式，它都能够将我们从这些不同的文件格式中抽象出来，用同一种方式访问我们需要的数据。
当使用Assimp导入一个模型的时候，通常会将整个模型加载到一个场景对象。包含：导入的模型、场景中的所有数据。Assimp会将场景载入为一系列的节点，每个节点包含了场景对象种所存储数据的索引，每个节点都可以有任意数量的子节点。简化数据模型如下：

1. 和材质和网格(Mesh)一样，所有的场景/模型数据都包含在Scene对象中。Scene对象也包含了场景根节点的引用。
2. 场景的Root node（根节点）可能包含子节点（和其它的节点一样），它会有一系列指向场景对象中mMeshes数组中储存的网格数据的索引。Scene下的mMeshes数组储存了真正的Mesh对象，节点中的mMeshes数组保存的只是场景中网格数组的索引。
3. 一个Mesh对象本身包含了渲染所需要的所有相关数据，像是顶点位置、法向量、纹理坐标、面(Face)和物体的材质。
4. 一个网格包含了多个面。Face代表的是物体的渲染图元(Primitive)（三角形、方形、点）。一个面包含了组成图元的顶点的索引。由于顶点和索引是分开的，使用一个索引缓冲来渲染是非常简单的（之前章节中画三角形）。
5. 最后，一个网格也包含了一个Material对象，它包含了一些函数能让我们获取物体的材质属性，比如说颜色和纹理贴图（比如漫反射和镜面光贴图）。

所以，我们需要做的第一件事是将一个物体加载到Scene对象中，遍历节点，获取对应的Mesh对象（我们需要递归搜索每个节点的子节点），并处理每个Mesh对象来获取顶点数据、索引以及它的材质属性。最终的结果是一系列的网格数据，我们会将它们包含在一个Model对象中。
补充：网格
当使用建模工具对物体建模的时候，艺术家通常不会用单个形状创建出整个模型。通常每个模型都由几个子模型/形状组合而成。组合模型的每个单独的形状就叫做一个网格(Mesh)。比如说有一个人形的角色：艺术家通常会将头部、四肢、衣服、武器建模为分开的组件，并将这些网格组合而成的结果表现为最终的模型。一个网格是我们在OpenGL中绘制物体所需的最小单位（顶点数据、索引和材质属性）。一个模型（通常）会包括多个网格。

构建Assimp

需要创建自己的Model和Mesh类来加载并使用刚才的结构存储导入后的模型。
要绘制一个模型，不需要将整个模型渲染成一个整体，只需要渲染组成模型的每个独立的网格就可以了。先将Assimp包包含到工程当中。
下载Assimp可以参考这两个文章：
https://blog.csdn.net/derbi123123/article/details/105783048/
https://blog.csdn.net/xiaopenga520/article/details/126522776

网格

网格代表的是单个可绘制实体，先定义一个网格类。
一个网格最少需要一系列顶点，每个顶点包含一个位置向量，一个法向量，一个纹理坐标向量。还要包含用于索引绘制的索引，纹理形式的材质数据——漫反射/镜面光贴图：
把需要的向量存储到下面的结构体中，可以用来索引每个顶点属性。

struct Vertex {glm::vec3 Position;glm::vec3 Normal;glm::vec2 TexCoords;
};

再将纹理数据整理到一个结构体中：

struct Texture {unsigned int id;string type;
};

存储了纹理ID和纹理类型，比如：漫反射贴图或者是镜面光贴图
再定义网格类：

class Mesh {public:/*  网格数据  */vector<Vertex> vertices;vector<unsigned int> indices;vector<Texture> textures;/*  函数  */Mesh(vector<Vertex> vertices, vector<unsigned int> indices, vector<Texture> textures);void Draw(Shader shader);private:/*  渲染数据  */unsigned int VAO, VBO, EBO;/*  函数  */void setupMesh();
};  

上述类结构，把所有数据在构造器中进行赋值，在setupMesh函数中初始化缓冲，最后使用Draw来绘制网格。构造器函数如下：

//只需要使用构造器的参数设置类的公有变量
Mesh(vector<Vertex> vertices, vector<unsigned int> indices, vector<Texture> textures)
{this->vertices = vertices;this->indices = indices;this->textures = textures;setupMesh();
}

在把网格数据用于渲染之前，还需要配置正确的缓冲，通过顶点属性指针 定义顶点着色器。setupMesh函数如下：

void setupMesh()
{glGenVertexArrays(1, &VAO);glGenBuffers(1, &VBO);glGenBuffers(1, &EBO);glBindVertexArray(VAO);glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.size() * sizeof(Vertex), &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);  glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size() * sizeof(unsigned int), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);// 顶点位置glEnableVertexAttribArray(0);   glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)0);// 顶点法线glEnableVertexAttribArray(1);   glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Normal));// 顶点纹理坐标glEnableVertexAttribArray(2);   glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, TexCoords));glBindVertexArray(0);
}  

C++结构体有一个很棒的特性，它们的内存布局是连续的。如果我们将结构体作为一个数据数组使用，那么它将会以顺序排列结构体的变量，这将会直接转换为我们在数组缓冲中所需要的float（实际上是字节）数组。比如：

Vertex vertex;
vertex.Position  = glm::vec3(0.2f, 0.4f, 0.6f);
vertex.Normal    = glm::vec3(0.0f, 1.0f, 0.0f);
vertex.TexCoords = glm::vec2(1.0f, 0.0f);
// = [0.2f, 0.4f, 0.6f, 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f];

所以直接传入一大列的Vertex结构体的指针作为缓冲的数据，它们将会完美地转换为glBufferData所能用的参数：

glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.size() * sizeof(Vertex), &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);

sizeof运算也可以用在结构体上来计算它的字节大小。这个应该是32字节的（8个float * 每个4字节）

结构体的另一个很好的用途是：它的预处理指令offsetof(s, m)，它的第一个参数是一个结构体，第二个参数是这个结构体中变量的名字。这个宏会返回那个变量距结构体头部的字节偏移量(Byte Offset)。这正好可以用在定义glVertexAttribPointer函数中的偏移参数：

glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Normal)); 

偏移量现在是使用offsetof来定义了，在这里它会将法向量的字节偏移量设置为结构体中法向量的偏移量，也就是3个float，即12字节。注意，我们同样将步长参数设置为了Vertex结构体的大小。

网格渲染

在渲染网格之前，在调用glDrawElements函数之前需要先绑定相应的纹理。（并不知道这个网格（如果有的话）有多少纹理、纹理是什么类型的。所以我们该如何在着色器中设置纹理单元和采样器？）
设定一个命名标准：每个漫反射纹理被命名为：texture_diffuseN，每个镜面光纹理被命名为：texture_specularN。N的范围是1到纹理采样器最大允许的数字。
根据这个标准，在着色器中定义任意需要数量的纹理采样器。渲染代码如下：

void Draw(Shader shader) 
{unsigned int diffuseNr = 1;unsigned int specularNr = 1;for(unsigned int i = 0; i < textures.size(); i++){glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i); // 在绑定之前激活相应的纹理单元// 获取纹理序号（diffuse_textureN 中的 N）string number;string name = textures[i].type;if(name == "texture_diffuse")number = std::to_string(diffuseNr++);else if(name == "texture_specular")number = std::to_string(specularNr++);shader.setInt(("material." + name + number).c_str(), i);glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[i].id);}glActiveTexture(GL_TEXTURE0);// 绘制网格glBindVertexArray(VAO);glDrawElements(GL_TRIANGLES, indices.size(), GL_UNSIGNED_INT, 0);glBindVertexArray(0);
}

我们首先计算了每个纹理类型的N-分量，并将其拼接到纹理类型字符串上，来获取对应的uniform名称。接下来我们查找对应的采样器，将它的位置值设置为当前激活的纹理单元，并绑定纹理。这也是我们在Draw函数中需要着色器的原因。我们也将"material."添加到了最终的uniform名称中，因为我们希望将纹理储存在一个材质结构体中（这在每个实现中可能都不同）。

综上，代码如下：

#ifndef MESH_H
#define MESH_H#include <glad/glad.h> // holds all OpenGL type declarations#include <glm/glm.hpp>
#include <glm/gtc/matrix_transform.hpp>#include <learnopengl/shader.h>#include <string>
#include <vector>
using namespace std;#define MAX_BONE_INFLUENCE 4struct Vertex {// positionglm::vec3 Position;// normalglm::vec3 Normal;// texCoordsglm::vec2 TexCoords;// tangentglm::vec3 Tangent;// bitangentglm::vec3 Bitangent;//bone indexes which will influence this vertexint m_BoneIDs[MAX_BONE_INFLUENCE];//weights from each bonefloat m_Weights[MAX_BONE_INFLUENCE];
};struct Texture {unsigned int id;string type;string path;
};class Mesh {
public:// mesh Datavector<Vertex>       vertices;vector<unsigned int> indices;vector<Texture>      textures;unsigned int VAO;// constructorMesh(vector<Vertex> vertices, vector<unsigned int> indices, vector<Texture> textures){this->vertices = vertices;this->indices = indices;this->textures = textures;// now that we have all the required data, set the vertex buffers and its attribute pointers.setupMesh();}// render the meshvoid Draw(Shader &shader) {// bind appropriate texturesunsigned int diffuseNr  = 1;unsigned int specularNr = 1;unsigned int normalNr   = 1;unsigned int heightNr   = 1;for(unsigned int i = 0; i < textures.size(); i++){glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + i); // active proper texture unit before binding// retrieve texture number (the N in diffuse_textureN)string number;string name = textures[i].type;if(name == "texture_diffuse")number = std::to_string(diffuseNr++);else if(name == "texture_specular")number = std::to_string(specularNr++); // transfer unsigned int to stringelse if(name == "texture_normal")number = std::to_string(normalNr++); // transfer unsigned int to stringelse if(name == "texture_height")number = std::to_string(heightNr++); // transfer unsigned int to string// now set the sampler to the correct texture unitglUniform1i(glGetUniformLocation(shader.ID, (name + number).c_str()), i);// and finally bind the textureglBindTexture(GL_TEXTURE_2D, textures[i].id);}// draw meshglBindVertexArray(VAO);glDrawElements(GL_TRIANGLES, static_cast<unsigned int>(indices.size()), GL_UNSIGNED_INT, 0);glBindVertexArray(0);// always good practice to set everything back to defaults once configured.glActiveTexture(GL_TEXTURE0);}private:// render data unsigned int VBO, EBO;// initializes all the buffer objects/arraysvoid setupMesh(){// create buffers/arraysglGenVertexArrays(1, &VAO);glGenBuffers(1, &VBO);glGenBuffers(1, &EBO);glBindVertexArray(VAO);// load data into vertex buffersglBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, VBO);// A great thing about structs is that their memory layout is sequential for all its items.// The effect is that we can simply pass a pointer to the struct and it translates perfectly to a glm::vec3/2 array which// again translates to 3/2 floats which translates to a byte array.glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, vertices.size() * sizeof(Vertex), &vertices[0], GL_STATIC_DRAW);  glBindBuffer(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, EBO);glBufferData(GL_ELEMENT_ARRAY_BUFFER, indices.size() * sizeof(unsigned int), &indices[0], GL_STATIC_DRAW);// set the vertex attribute pointers// vertex PositionsglEnableVertexAttribArray(0);	glVertexAttribPointer(0, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)0);// vertex normalsglEnableVertexAttribArray(1);	glVertexAttribPointer(1, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Normal));// vertex texture coordsglEnableVertexAttribArray(2);	glVertexAttribPointer(2, 2, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, TexCoords));// vertex tangentglEnableVertexAttribArray(3);glVertexAttribPointer(3, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Tangent));// vertex bitangentglEnableVertexAttribArray(4);glVertexAttribPointer(4, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, Bitangent));// idsglEnableVertexAttribArray(5);glVertexAttribIPointer(5, 4, GL_INT, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, m_BoneIDs));// weightsglEnableVertexAttribArray(6);glVertexAttribPointer(6, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, sizeof(Vertex), (void*)offsetof(Vertex, m_Weights));glBindVertexArray(0);}
};
#endif