目录

1. Concepts

2. scenes, nodes

3. meshes

4. buffers, bufferViews, accessors

4.1 buffers

4.2 bufferViews  

4.3 accessors

5. materials

5.1 pbrMetallicRoughness 

6. cameras 

6.1 perspective cameras

6.2 orthographic cameras

7. textures, images, samplers

7.1 textures

7.2 images

7.3 samplers

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        gltf采用json格式描述3D模型的结构，主要用来解决3D模型在网络中的高效传输问题。

1. Concepts

        gltf 主要包括以下元素。

名称	含义
scenes, nodes	场景基本结构
cameras	相机
meshes	三维几何
buffers, bufferViews, accessors	数据块
materials	材质
textures, images, samplers	纹理，图片，采样器
skins	蒙皮
animations	动画

        gltf中元素的关系图如下：

2. scenes, nodes

        gltf中可以定义若干个场景(scenes)，每个场景引用若干个节点（nodes）,节点以树形结构的方式组织。

               

         节点（nodes）可以包含坐标转换。该转换可以用平移（translation），旋转（rotation），缩放（scale）分别表示。

"nodes": [
   {
      "translation": [ 0,0,0 ],
      "rotation": [ 0,0,0,1 ],
      "scale": [ 1,1,1 ]
      ...
  }
]

        也可以通过4*4的矩阵（matrix）表示坐标转换。即：

"nodes": [
   {
     "matrix": [
      1,0,0,0,
      0,1,0,0,
      0,0,1,0,
      5,6,7,1
     ],
     ...
   }
]

        其中，矩阵（matrix）与表示平移（translation），旋转（rotation），缩放（scale）的矩阵之间，存在如下关系:

matrix = translation * rotation *  scale

         node还可以包含三维几何（mesh）和相机（camera）的信息。在渲染中，这些信息与上述变换矩阵相乘，就可以确定在场景中的位置。

"nodes": [
 {
    "mesh": 4,
    ...
 },
 {
   "camera": 2,
    ...
  },
]

3. meshes

         三维几何（meshes）中可以包含多个片元（primitives）。 片元（primitives）包含了渲染需要信息。片元（primitives）中包含的信息如下：

字段	含义
mode	表示几何类型。如点（POINTS）,线（LINES） , 或者三角形（TRIANGLES）
attributes	表示几何顶点信息。如位置（POSITION）和法线（NORMAL）
indices	表示几何顶点索引
material	表示材质信息

        三维几何（meshes）的例子如下：

"meshes": [
{
    "primitives": [
    {
        "mode": 4,
        "indices": 0,
        "attributes": {
            "POSITION": 1,
            "NORMAL": 2
        },
        "material": 2
    }]
}]

         

4. buffers, bufferViews, accessors

        buffers包含了场景的几何数据，bufferViews是对buffers中数据的索引，accessors为bufferViews中的数据添加类型和布局。

4.1 buffers

         buffers包含了场景的几何数据，一般是二进制数据的形式。buffers包含的字段如下：

字段	含义
byteLength	表示二进制数据的长度。
uri	指向二进制数据的地址

        二进制的几何数据有两种方式存储：一种是通过 base64的压缩后存入gltf文件中，此时字段uri的内容如下：

"buffers" : [
    {
      "byteLength" : 827640,
      "uri" : "data:application/gltf-buffer;base64,AAAB..."
      
    }
]

        另一种单独存入以.bin为后缀名的文件中，然后以链接文件的方式接入gltf。此时字段uri的内容如下：

 "buffers": [
  {
       "byteLength": 827640,
        "uri": "gltf.bin"
  }
]

4.2 bufferViews  

       bufferViews指向buffers中数据的一个片段。 bufferViews包含的字段如下：

字段	含义
buffer	表示一个二进制数据块，该块中存储了场景中的几何信息。
byteOffset	表示相对buffer块起始位置的偏移。
byteLength	表示了二进制数据的长度。
byteStride	表示数据之间的间隔。
target	表示opengl缓冲区的类型，如ARRAY_BUFFER，ELEMENT_ARRAY_BUFFER。

        bufferViews的例子如下：

"bufferViews": [
{
    "buffer": 0,
    "byteOffset": 4,
    "byteLength": 28,
    "byteStride": 12,
    "target": 34963
}]

4.3 accessors

        accessors定义了bufferViews中的数据如何解释。accessors包含的字段如下：

字段	含义
bufferViews	指向一段二进制数据。
byteOffset	表示相对bufferViews起始位置的偏移。
type	表示数据类型，如"SCALAR"，"VEC2"，"MAT3"等。
componentType	表示分量的数据类型，如unsigned short，float等。
count	表示分量的个数。
min	表示分量的最小值。数组的长度必须与分量的个数相同。
max	表示分量的最大值。数组的长度必须与分量的个数相同。

        accessors的例子如下：

"accessors": [
{
    "bufferView": 0,
    "byteOffset": 4,
    "type": "VEC2",
    "componentType": 5126,
    "count": 2,
    "min" : [0.1, 0.2],
    "max" : [0.9, 0.8]
}]

示例

        将上述三者结合起来，就可以准确的获取渲染所需的几何信息。如下图：

         其中，bufferViews中的数据可以使用glBindBuffer绑定到openGL的缓冲区，accessor可以指定该缓冲区中定义了顶点的属性数据，并通过glVertexAttribPointer告诉顶点着色器（vertex shader）改如何解释和使用该缓冲区中的数据。

5. materials

        材质（materials）描述物体表面的特征，它决定了渲染器该如何渲染该物体。

        材质模型 Metallic-Roughness-Model 描述了物体表面材质的金属特征和粗糙程度，是gltf中默认的材质模型。其中，Metallic描述了材质的金属特征，取值在0到1之间。取值越靠近1，表示金属特征越强。Roughness则描述了材质的粗糙程度，取值在0到1之间。取值越靠近1，表示越粗糙。

       

5.1 pbrMetallicRoughness 

        材质模型Metallic-Roughness-Model是gltf默认使用的材质模型。在gltf中， 对象pbrMetallicRoughness 定义了该模型。

字段	含义
baseColorTexture	物体表面纹理。
baseColorFactor	颜色RGBA。没有纹理时，该项定义了物体表面颜色。
metallicRoughnessTexture	在颜色的blue分量中，存储了金属程度。在颜色的green分量中，存储了粗糙程度。
metallicFactor	金属程度因子。
roughnessFactor	粗糙程度因子。

        pbrMetallicRoughness的例子如下：

"materials": [
{
    "pbrMetallicRoughness": {
        "baseColorTexture": {
            "index": 1,
            "texCoord": 1
        },
        "baseColorFactor": [ 1.0, 0.75, 0.35, 1.0 ],
        "metallicRoughnessTexture": {
            "index": 5,
            "texCoord": 1
        },
        "metallicFactor": 1.0,
        "roughnessFactor": 0.0
    }
}]

      material中通过纹理索引（index）和纹理坐标（texCoord）引用纹理。纹理索引（index）是纹理数组中元素的索引号。纹理坐标（texCoord）定义在图元（primitive）在顶点属性中。

6. cameras 

      有两种类型的相机：透视投影相机和正交投影相机。

6.1 perspective cameras

       透视投影相机（perspective cameras）的定义如下：

字段	含义
aspectRatio	裁剪面的宽高比
yfov	垂直夹角。可视空间顶面和底面的夹角。
zfar	远裁剪面的位置
znear	近裁剪面的位置

        透视投影相机（perspective cameras）的示例如下：

"cameras": [
{
    "type": "perspective",
    "perspective": {
        "aspectRatio": 1.5,
        "yfov": 0.65,
        "zfar": 100,
        "znear": 0.01
    }
}]

6.2 orthographic cameras

        正交投影相机（orthographic cameras）的定义如下：

字段	含义
xmag	裁剪面宽度的1/2
ymag	裁剪面高度的1/2
zfar	远裁剪面的位置
znear	近裁剪面的位置

         正交投影相机（orthographic cameras）的示例如下：

"cameras": [
{
    "type": "orthographic",
    "orthographic": {
        "xmag": 1.0,
        "ymag": 1.0,
        "zfar": 100,
        "znear": 0.01
    }
}]

7. textures, images, samplers

7.1 textures

        材质（materials）中可以使用纹理（textures）指定物体表面的颜色和物理特征。纹理（textures）的定义的字段如下：

字段	含义
source	图片（images）数组的索引。
sampler	采样器（samplers）数组的索引。

        纹理（textures）的示例如下：

"textures": [
{
     "source": 4,
     "sampler": 2
}]

7.2 images

        图片（images）的格式为jpg/png等，在纹理（texture）中引用。图片（images）有两种存储方式：

        一种是通过base64的压缩成字符串，存入gltf；

"images": [
     {
         "uri": "data:image/png;base64,iVBORw0K..."
     }
]

         另一种以链接文件的方式接入gltf。

"images": [
     {
        "uri": "image01.png"
     }
]

7.3 samplers

        采样器（samplers）定义了图片放大或缩小时，如何获取颜色信息，类似于opengl中的设置纹理参数的函数glTexParameter。

        采样器（samplers）定义的字段如下：

字段	含义
magFilter	纹理放大时，如何获取像素颜色。取值有Nearest或Linear
minFilter	纹理缩小时，如何获取像素颜色。取值有Nearest或Linear
wrapS	如何填充纹理图像左侧或右侧的区域。
wrapT	如何填充纹理图像上方或下方的区域。

        采样器（samplers）的示例如下：

"samplers": [
 {
     "magFilter": 9729,
     "minFilter": 9987,
     "wrapS": 10497,
     "wrapT": 10497
 }]