3D Model Reading

4 분 소요

모델 파일 읽기

대부분의 3D 모델은 디자이너 분들이 ‘손’으로 직접 만든 것!

대표적인 모델링 소프트웨어

blender, maya, 3d max 등등

Blender 사용법

블렌더는 ‘오픈 소스’이기에 무료로 사용이 가능
(https://www.blender.org/)

블렌더를 킨 ‘첫 화면’
(박스는 지워주었다)

Modeling-> Add 를 통하여 3D 모델 추가가 가능

‘원숭이’…? 도 있다

(여러 사용법이 있지만 튜토리얼은 공식 페이지 등에서 찾을 수 있다)
(https://studio.blender.org/training/)

우리가 할 것은
3D 모델을 이러한 모델링 소프트웨어를 통하여
게임에서 사용할 수 있도록 편집하는 것!

Export(모델 저장 - 내보내기)

File->Export를 통해 3D 모델을 다양한 확장자로 저장시킬 수 있다
(언리얼 엔진 등에서는 주로 .fbx 등을 사용)
(.gltf 는 ‘공개된’ 확장자 이기에 퀄리티가 좋아지는 중이라 카더라…)
(.bvh : 애니메이션 데이터)
여기서는 .obj를 사용
- Wave Front?
  원래 .obj를 포맷을 만들어 제공하였던 회사
  (현재는 인수되어 해당 회사는 존재하지 않음)
3D 파일이지만 ‘문서 편집기’로 열수도 있음

예시

# Blender v2.82 (sub 7) OBJ File: ''
# www.blender.org
mtllib Monkey.mtl
o Suzanne
v 0.437500 0.164062 0.765625
v -0.437500 0.164062 0.765625
v 0.500000 0.093750 0.687500
...

좌표 (v), 노멀(vn), 텍스쳐 좌표(vt)
삼각형 인덱스(f) 등이
들어있음을 확인 가능
MTL 파일?

머테리얼 파일
Blender 에서 ‘재질’을 설정한 경우
내용이 있음

근데 MTL 파일이 없다면…?

현재 예제의 Diff.png 파일들과
.obj 모델만 존재하는 상황…이라면?

직접 머테리얼 매핑을 해주어
MTL 파일을 만들어주자!

fbx를 import로 가져오기
머테리얼(재질) 확인하기
- Material Properties를 확인(빨간 구체 아이콘)
- FBX에 기본 머테리얼이 있는지 확인하고 없으면 New로 새로운 머테리얼 생성
Shader Editor로 이동
- 상단 Shading 탭에서 Pricipled BSDF 노드를 찾자
Diffuse 텍스쳐를 연결
- Shift + A -> Texture > Image Texture 추가
  (3D viewport에 마우스를 대고 하면 안됨)
- open을 통해 diff 텍스쳐 파일 선택
- Principled BSDF의 BaseColor에 연결
뷰포트에서 확인하기
- Material Preview 모드에서 확인가능!
export로 내보내기!
- .blender 로 저장하여 작업 재사용 가능
- .obj 등으로 다시 내보내기

MTL 파일은 .obj 전용이다

obj에 지오메트리를 담고
mtl 파일에 재질을 따로 저장하는 방식임
fbx는 자체적으로 Mesh,Material, Texture, 애니메이션 등을 전부 포함가능함

모델 로딩

여기서는 assimp 라이브러리를 사용함
역시 vcpkg 로 쉽게 다운 가능
.\vcpkg 를 통하여 assimp:x64를 다운
이후 프로젝트에서 ‘추가 #using 라이브러리’에서 vcpkg의 include 부분을 선택하면 된다

모델 로딩 예제

struct MeshData {
    std::vector<Vertex> vertices;
    std::vector<uint32_t> indices; // uint32로 변경
    std::string textureFilename;
};

indices

uint32 로 변경?
복잡한 모델링의 경우는 int16의 범위를 넘어서는 경우가
종종 발생할 수 있다고 하기에 안전하게 32로 사용

void ModelLoader::ProcessNode(aiNode *node, const aiScene *scene, Matrix tr) {
    Matrix m;
    ai_real *temp = &node->mTransformation.a1;
    float *mTemp = &m._11;
    for (int t = 0; t < 16; t++) {
        mTemp[t] = float(temp[t]);
    }
    m = m.Transpose() * tr;

    for (UINT i = 0; i < node->mNumMeshes; i++) {
        aiMesh *mesh = scene->mMeshes[node->mMeshes[i]];
        auto newMesh = this->ProcessMesh(mesh, scene);

        for (auto &v : newMesh.vertices) {
            v.position = DirectX::SimpleMath::Vector3::Transform(v.position, m);
        }

        meshes.push_back(newMesh);
    }

    for (UINT i = 0; i < node->mNumChildren; i++) {
        this->ProcessNode(node->mChildren[i], scene, m);
    }
}

MeshData ModelLoader::ProcessMesh(aiMesh *mesh, const aiScene *scene) {
    // Data to fill
    std::vector<Vertex> vertices;
    std::vector<uint32_t> indices;

    // Walk through each of the mesh's vertices
    for (UINT i = 0; i < mesh->mNumVertices; i++) {
        Vertex vertex;

        vertex.position.x = mesh->mVertices[i].x;
        vertex.position.y = mesh->mVertices[i].y;
        vertex.position.z = mesh->mVertices[i].z;

        vertex.normal.x = mesh->mNormals[i].x;
        vertex.normal.y = mesh->mNormals[i].y;
        vertex.normal.z = mesh->mNormals[i].z;
        vertex.normal.Normalize();

        if (mesh->mTextureCoords[0]) {
            vertex.texcoord.x = (float)mesh->mTextureCoords[0][i].x;
            vertex.texcoord.y = (float)mesh->mTextureCoords[0][i].y;
        }

        vertices.push_back(vertex);
    }

    for (UINT i = 0; i < mesh->mNumFaces; i++) {
        aiFace face = mesh->mFaces[i];
        for (UINT j = 0; j < face.mNumIndices; j++)
            indices.push_back(face.mIndices[j]);
    }

    MeshData newMesh;
    newMesh.vertices = vertices;
    newMesh.indices = indices;

    // http://assimp.sourceforge.net/lib_html/materials.html
    if (mesh->mMaterialIndex >= 0) {
        aiMaterial *material = scene->mMaterials[mesh->mMaterialIndex];

        if (material->GetTextureCount(aiTextureType_DIFFUSE) > 0) {
            aiString filepath;
            material->GetTexture(aiTextureType_DIFFUSE, 0, &filepath);

            std::string fullPath =
                this->basePath +
                std::string(std::filesystem::path(filepath.C_Str())
                                .filename()
                                .string());

            newMesh.textureFilename = fullPath;
        }
    }

    return newMesh;
}

모델 구조는 보통 ‘트리’ 구조이기에
‘Node’나 ‘root’ 같은 표현이 사용
재귀를 통하여 mesh를 읽어들인다

for (const auto &meshData : meshes) {
    auto newMesh = std::make_shared<Mesh>();
    AppBase::CreateVertexBuffer(meshData.vertices, newMesh->vertexBuffer);
    newMesh->m_indexCount = UINT(meshData.indices.size());
    AppBase::CreateIndexBuffer(meshData.indices, newMesh->indexBuffer);

    if (!meshData.textureFilename.empty()) {

        cout << meshData.textureFilename << endl;
        AppBase::CreateTexture(meshData.textureFilename, newMesh->texture,
                               newMesh->textureResourceView);
    }

    newMesh->vertexConstantBuffer = vertexConstantBuffer;
    newMesh->pixelConstantBuffer = pixelConstantBuffer;

    this->m_meshes.push_back(newMesh);
}

읽어들인 데이터 중 ‘텍스쳐 파일 이름’을 이용하여
텍스쳐 파일을 만들어준다
(그리고 그것을 textureResourceView라는
SRV에 저장하여 ‘텍스쳐’로 사용하겠다는 용도)

//Render()

// 버텍스/인덱스 버퍼 설정
for (const auto &mesh : m_meshes) {
    m_context->VSSetConstantBuffers(
        0, 1, mesh->vertexConstantBuffer.GetAddressOf());

    m_context->PSSetShaderResources(
        0, 1, mesh->textureResourceView.GetAddressOf());

    m_context->PSSetConstantBuffers(
        0, 1, mesh->pixelConstantBuffer.GetAddressOf());

    m_context->IASetInputLayout(m_basicInputLayout.Get());
    m_context->IASetVertexBuffers(0, 1, mesh->vertexBuffer.GetAddressOf(),
                                  &stride, &offset);
    m_context->IASetIndexBuffer(mesh->indexBuffer.Get(),
                                DXGI_FORMAT_R32_UINT, 0);
    m_context->IASetPrimitiveTopology(
        D3D11_PRIMITIVE_TOPOLOGY_TRIANGLELIST);
    m_context->DrawIndexed(mesh->m_indexCount, 0, 0);
}

여러 Mesh에 대하여
각각 draw를 해주는 모습

노멀이 없는 모델…??

// 노멀 벡터가 없는 경우를 대비하여 다시 계산
// 한 위치에는 한 버텍스만 있어야 연결 관계를 찾을 수 있음
for (auto &m : this->meshes) {

    vector<Vector3> normalsTemp(m.vertices.size(), Vector3(0.0f));
    vector<float> weightsTemp(m.vertices.size(), 0.0f);

    for (int i = 0; i < m.indices.size(); i += 3) {

        int idx0 = m.indices[i];
        int idx1 = m.indices[i + 1];
        int idx2 = m.indices[i + 2];

        auto v0 = m.vertices[idx0];
        auto v1 = m.vertices[idx1];
        auto v2 = m.vertices[idx2];

        auto faceNormal =
            (v1.position - v0.position).Cross(v2.position - v0.position);

        normalsTemp[idx0] += faceNormal;
        normalsTemp[idx1] += faceNormal;
        normalsTemp[idx2] += faceNormal;
        weightsTemp[idx0] += 1.0f;
        weightsTemp[idx1] += 1.0f;
        weightsTemp[idx2] += 1.0f;
    }

    for (int i = 0; i < m.vertices.size(); i++) {
        if (weightsTemp[i] > 0.0f) {
            m.vertices[i].normal = normalsTemp[i] / weightsTemp[i];
            m.vertices[i].normal.Normalize();
        }
    }
}

faceNormal을 통하여 Normal을 직접 계산하여 저장
(각 점들간의 외적을 이용)
다만 요새는 모델링 소프트웨어가 대부분 normal 값을 계산해준다

gltf 샘플 모델들

샘플 모델 링크

git clone 한 후,
원하는 모델을 읽을 수 있음!

ps) obj 파일은 vs로 열 수 있음!
(시간은 조금 걸리지만…)

예제에서 .fbx 파일이 ‘텍스쳐를 못 찾는 경우?’

현 예제는
fbx 파일이 있는 폴더 안에 ‘텍스쳐 이미지’ 파일들이
‘들어있다 가정하고 구현’한 것이기 때문

정리

지금껏 해온 다양한 DX 예제들이
디자이너들이 열심히 만든 모델과 결합할때
더 훌륭한 결과를 낼 수 있다는 점을 확인 가능
모델링 엔진을 만들어 보려 한다면
해당 부분의 ‘Model Loader’ 클래스를 조금 더 자세히 보는 것도 방법
실제로 게임 엔진 등을 사용할때는
이러한 과정이 많이 스킵되지만
내부에서 ‘어떠한 일’이 일어나는지 안다면
구조의 이해, 응용, 문제의 원인과 해결책 등에 대한
다양한 이해도가 생기게 된다

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Hyun JaeHoon

3D Model Reading

모델 파일 읽기

Blender 사용법

Export(모델 저장 - 내보내기)

근데 MTL 파일이 없다면…?

MTL 파일은 .obj 전용이다

모델 로딩

모델 로딩 예제

노멀이 없는 모델…??

gltf 샘플 모델들

예제에서 .fbx 파일이 ‘텍스쳐를 못 찾는 경우?’

정리

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참고

백준 Gold 5 내려가기

백준 Gold 2 가운데를 말해요

백준 Gold 4 주사위 굴리기

기하 쉐이더(GS)