Хранение информации Keyframer Chunk

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Основные элементы и понятия

1.1 Понятие OpenGL

1.2 Понятие 3ds max

2. Структура формата 3D Studio Mesh

3. Разработка простого приложения

4. Хранение информации KEYFRAMER CHUNK

5. Иерархия объектов

Заключение

Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

При создании мультимедийных проектов зачастую приходится использовать 3D графику и анимацию. Одним из наиболее распространённых пакетов для создания 3D графики является 3ds max от компании Autodesk, он является полнофункциональной профессиональной программной средой для создания и редактирования трехмерной графики, и анимации.

Однако, зачастую, мало создать модель, так же необходимо сделать анимацию данной модели. А так же поместить модель в среду, позволяющую данную модель гармонично вписать в создаваемый проект. Нередко в качестве подобной «базы» используется среда OpenGL.

OpenGL - спецификация, определяющая независимый от языка программирования независимый программный интерфейс для написания приложений, использующих двухмерную и трёхмерную компьютерную графику. Основным принципом работы OpenGL является получение наборов векторных графических примитивов в виде точек, линий и многоугольников с последующей математической обработкой полученных данных и построением растровой картинки на экране или в памяти.

В задачи курсовой работы входит: изучение основных операций программного пакета 3ds max, графической библиотеки OpenGL, использование инструмента 3D Studio Mesh.

1. Основные элементы и понятия

1.1 Понятие OpenGL

OpenGL (Open Graphics Library -- открытая графическая библиотека) -- спецификация, определяющая независимый от языка программирования кроссплатформенный программный интерфейс для написания приложений, использующих двумерную и трёхмерную компьютерную графику.

Включает более 250-ти функций для рисования сложных трёхмерных сцен из простых примитивов. Используется при создании видеоигр, САПР, виртуальной реальности, визуализации в научных исследованиях. На платформе Windows конкурирует с DirectX.

На базовом уровне, OpenGL -- это просто спецификация, то есть документ, описывающий набор функций и их точное поведение. Производители оборудования на основе этой спецификации создают реализации -- библиотеки функций, соответствующих набору функций спецификации. Реализация использует возможности оборудования там, где это возможно. Если аппаратура не позволяет реализовать какую-либо возможность, она должна быть эмулирована программно. Производители должны пройти специфические тесты (conformance tests -- тесты на соответствие) прежде чем реализация будет классифицирована как OpenGL реализация. Таким образом, разработчикам программного обеспечения достаточно научиться использовать функции, описанные в спецификации, оставив эффективную реализацию последних разработчикам аппаратного обеспечения.

1.2 Понятие 3ds max

3DS Max располагает обширными средствами для создания разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей, реальных или фантастических объектов окружающего мира, с использованием разнообразных техник и механизмов.

Как правило, моделирование сложных объектов с последующим преобразованием в Editable poly начинается с построения параметрического объекта «Box», и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling».

Моделирование на основе стандартных объектов, как правило, является основным методом моделирования и служит отправной точкой для создания объектов сложной структуры, что связано с использованием примитивов в сочетании друг с другом как элементарных частей составных объектов.

Визуализация является заключительным этапом работы над моделируемой сценой. Дело в том, что в подавляющем большинстве случаев работа со сценой производится в упрощенном виде: размер текстур маленький, тени и источники света, различные свойства материалов (например, отражения) отключены, сложная геометрия и различные эффекты не отображаются. Только после визуализации становятся видны все свойства материалов объектов и проявляются эффекты внешней среды, применённые в составе сцены. Для вывода конечного изображения на экран выбирают необходимый модуль визуализации (МВ), который с помощью математических алгоритмов произведет вычисление внешнего вида сцены со всеми требуемыми эффектами. При этом, время расчета может варьироваться от доли секунды до нескольких месяцев, в зависимости от сложности задачи. Большинство МВ являются отдельными программами, встраиваемыми как дополнение в 3ds Max.

2. Структура формата 3D Studio Mesh

В общих чертах мы можем сказать, что 3ds файл содержит полную информацию о 3d сцене, содержащей один или более объектов. Если мы откроем файл в блокноте, что мы увидим? - ничего… лишь перемешанный текст, это потому, что все записано в шестнадцатеричном коде(hexademetrical). Внутреннее же строение файла представляет собой серии блоков называемых на английском - Chunk (кусок или участок памяти, я же буду писать: объект Chunk или просто Chunk). Что же содержится в этих блоках? Все нужное для описания сцены: имена объектов, координаты вершин (vertices coordinates), координаты наложения текстур (mapping coordinates), ключи анимации (animation keyframes) и прочее.

У объекта chunk нелинейная структура, это значит что элементы, находящиеся по структуре внутри других, читаются только после того, как будут прочитаны (будет получен к ним доступ) элементы их содержащие. Структура имеет вид дерева, такую структуру можно наблюдать на локальных дисках компьютера. Необязательно читать все объекты, достаточно прочитать только самые важные.

Рисунок 1 - Чтобы прочитать элемент 3:2 надо прочитать все в таком порядке - root,1,2,3,3:2

Каждый chunk состоит из 4 записей:

Identifier: это число, записанное в шестнадцатеричном формате, размером 2 байта, идентифицирующее chunk. С этой информацией мы можем немедленно узнать, нужен ли он нам. Если нам нужен chunk, мы открываем собранную в нем информацию, если нужно, в его child-элементе (элементы, находящиеся по иерархии внутри данного), однако если он бесполезен, мы пропускаем его, используя следующий параметр…

Lengthofthechunk: еще одно число, на этот раз размером 4 байта, содержит сумму длины chunk'а и его длинны child-элементов.

Chunkdata: это поле может иметь разную длину. Реально хранимая информация содержится здесь.

В данной таблице представлена зависимость ветвления и размера в объектах chunk:

Offset	Length	Description
0	2	Chunk identifier
2	4	Chunk length: chunk data + sub-chunks(6+n+m)
6	n	Data
6+n	m	Sub-chunks

Иерархия и код наиболее полезных chunk'ов в файле:

MAIN CHUNK 0x4D4D

3D EDITOR CHUNK 0x3D3D

OBJECT BLOCK 0x4000

TRIANGULAR MESH 0x4100

VERTICES LIST 0x4110

FACES DESCRIPTION 0x4120

FACES MATERIAL 0x4130

MAPPING COORDINATES LIST 0x4140

SMOOTHING GROUP LIST 0x4150

LOCAL COORDINATES SYSTEM 0x4160

LIGHT 0x4600

SPOTLIGHT 0x4610

CAMERA 0x4700

MATERIAL BLOCK 0xAFFF

MATERIAL NAME 0xA000

AMBIENT COLOR 0xA010

DIFFUSE COLOR 0xA020

SPECULAR COLOR 0xA030

TEXTURE MAP 1 0xA200

BUMP MAP 0xA230

REFLECTION MAP 0xA220

[SUB CHUNKS FOR EACH MAP]

MAPPING FILENAME 0xA300

MAPPING PARAMETERS 0xA351

KEYFRAMER CHUNK 0xB000

MESH INFORMATION BLOCK 0xB002

SPOT LIGHT INFORMATION BLOCK 0xB007

FRAMES (START AND END) 0xB008

OBJECT NAME 0xB010

OBJECT PIVOT POINT 0xB013

POSITION TRACK 0xB020

ROTATION TRACK 0xB021

SCALE TRACK 0xB022

HIERARCHY POSITION 0xB030

Важно не забывать при чтении определенного chunk'а, нужно вначале прочитать его отцов (элементов стоящих выше по иерархии). Например, для прочтения chunk'а VERTICES LIST мы должны прочитать MAIN CHUNK, 3D EDITOR CHUNK, OBJECT BLOCK и, наконец, TRIANGULAR MESH. Другие объекты, конечно, могут быть пропущены. Так же надо отметить, что в том случае если нам надо прочитать более одного объекта, тогда учитывая то, что создание идет через struct, мы можем прочитать OBJECTBLOCK еще раз и создать новый объект, используя структуру. Ориентироваться в том, что за объект выдал chunk можно по имени прочитанного объекта, как только имя повторилось, идем дальше, так же нужно не забывать проверять, что мы читаем, чтобы не прочитать свет, камеры, когда нам нужен mesh. В данной курсовой работе рассматривается чтение одного объекта.

Отбросим некоторые объекты в древе и оставим только ветви с информацией: "vertices", "faces", "mapping coordinates", и их отцов по дереву. Эти объекты мы используем в загрузчике:

MAIN CHUNK 0x4D4D

3D EDITOR CHUNK 0x3D3D

OBJECT BLOCK 0x4000

TRIANGULAR MESH 0x4100

VERTICES LIST 0x4110

FACES DESCRIPTION 0x4120

MAPPING COORDINATES LIST 0x4140

Таблица с более подробным описанием каждого chunk'а:

MAIN CHUNK
Identifier	0x4d4d
Length	0 + sub-chunks length
Chunk father	None
Sub chunks	3D EDITOR CHUNK
Data	None
3D EDITOR CHUNK
Identifier	0x3D3D
Length	0 + sub-chunks length
Chunk father	MAIN CHUNK
Sub chunks	OBJECT BLOCK, MATERIAL BLOCK, KEYFRAMER CHUNK
Data	None
OBJECT BLOCK
Identifier	0x4000
Length	Object name length + sub-chunks length
Chunk father	3D EDITOR CHUNK
Sub chunks	TRIANGULAR MESH, LIGHT, CAMERA
Data	Object name
TRIANGULAR MESH
Identifier	0x4100
Length	0 + sub-chunks length
Chunk father	OBJECT BLOCK
Sub chunks	VERTICES LIST, FACES DESCRIPTION, MAPPING COORDINATES LIST
Data	None
VERTICES LIST
Identifier	0x4110
Length	varying + sub-chunks length
Chunk father	TRIANGULAR MESH
Sub chunks	None
Data	Vertices number (unsigned short) Vertices list: x1,y1,z1,x2,y2,z2 etc. (for each vertex: 3*float)
FACES DESCRIPTION
Identifier	0x4120
Length	varying + sub-chunks length
Chunk father	TRIANGULAR MESH
Sub chunks	FACES MATERIAL
Data	Polygons number (unsigned short) Polygons list: a1,b1,c1,a2,b2,c2 etc. (for each point: 3*unsigned short) Face flag: face options, sides visibility etc. (unsigned short)
MAPPING COORDINATES LIST
Identifier	0x4140
Length	varying + sub-chunks length
Chunk father	TRIANGULAR MESH
Sub chunks	SMOOTHING GROUP LIST
Data	Vertices number (unsigned short) Mapping coordinates list: u1,v1,u2,v2 etc. (for each vertex: 2*float)

3. Разработка простого приложения

Лучшим решением будет расположить все типы в заголовочном файле (header file, main.h).

#define MAX_VERTICES 8000

#define MAX_POLYGONS 8000

Укажем максимальное количество точек и полигонов, которое будет поддерживать приложение.

Создадим файл 3dsLoader.cpp (здесь и будет выполняться загрузка модели). Сюда введём:

char Load3DS (obj_type_ptr p_object, char *p_filename)

{

int i;

FILE *l_file;

unsigned short l_chunk_id;

unsigned int l_chunk_length;

unsigned char l_char;

unsigned short l_qty;

unsigned short l_face_flags;

В Load3DS как параметры передаются указатель на объект структуры данных и имя файла, который надо открыть. Возвращает «0» если файл не найден, если файл найден и прочитан то «1». Для инициализации требуется не так уж и много переменных: счетчик i, указатель на файл *l_file и дополнительная переменная l_char для экстраполяции данных в байт формате.

Остальные переменные:

unsignedshortl_chunk_id: идентификатор chunk'а, шестнадцатеричное значение в 2 байта.

unsigned int l_chunk_length: длинна chunk'а, 4 байта.

unsignedshortl_qty: дополнительный параметр, будет полезен для получения информации о параметрах читаемой информации.

unsignedshortl_face_flags: запоминает некоторую информацию относительно текущего полигона (видим, не видим и прочее), полезен только 3d редакторов сцены, в нашем случае мы не будем с ним работать, но будем его считывать, чтобы переместиться на следующий chunk. Итак, наконец, откроем файл:

if ((l_file=fopen (p_filename, "rb"))== NULL) return 0; //Open the file

while (ftell (l_file) < filelength (fileno (l_file))) //Loop to scan the whole file

{

while здесь цикл, для прохождения по всему файлу. Функция ftell позволяет нам запрашивать позицию, а filelength возвращает значение длины файла.

fread (&l_chunk_id, 2, 1, l_file); //Read the chunk header

fread (&l_chunk_length, 4, 1, l_file); //Read the length of the chunk

Мы экстраполировали идентификатор и длину chunk'а и сохранили их в in l_chunk_id и l_chunk_length

Теперь мы должны проанализировать и использовать содержимое id:

switch (l_chunk_id)

{

case 0x4d4d:

break;

Итак, мы нашли MAINCHUNK. По сути, он не содержит данных, нам интересны его под объекты. Если бы мы не включили его в case, мы бы его перепрыгнули. Если мы его перепрыгнем, то окажемся в конце файла. Теперь мы точно так же поступаем с the 3D EDITOR CHUNK, в нем так же нет данных. Прочитаем его и он отправит нас к своим child-элементу Object Block.

case 0x3d3d:

break;

Итак это Object Block, этот chunk содержит интересную информацию: имя объекта, хранимое в поле name в структуре объекта. Выход их структуры while будет по нахождению знака '\0' или количестве знаков бол 20. Но будьте осторожны! Мы прочитали все данные этого chunk'а, это дат нам возможность перейти на следующий.

case 0x4000:

i=0;

do

{

fread (&l_char, 1, 1, l_file);

p_object->name[i]=l_char;

i++;

}while(l_char != '\0' && i<20);

break;

И еще одна пустая ветвь, дающая доступ к chunk'ам, которые нам надо прочитать.

case 0x4100:

break;

Итак это точки (vertices). VERTICES LIST содержит все точки объекта, для начала мы читаем значение "quantity", затем создаем цикл for, чтобы прочитать все точки. Сохраняем всю информацию внутри структуры object (она описана в заголовочном файле к main.cpp).

case 0x4110:

fread (&l_qty, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

p_object->vertices_qty = l_qty;

printf("Number of vertices: %d\n",l_qty);

for (i=0; i<l_qty; i++)

{

fread (&p_object->vertex[i].x, sizeof(float), 1, l_file);

fread (&p_object->vertex[i].y, sizeof(float), 1, l_file);

fread (&p_object->vertex[i].z, sizeof(float), 1, l_file);

}

break;

FACESDESCRIPTION содержит перечень полигонов объекта. Чтение схоже с предыдущим.

Каждый face содержит дополнительно второе поле, содержащее информацию для 3d редакторов (видимые стороны и прочее). Читаем и их, но лишь для передвижения далее.

case 0x4120:

fread (&l_qty, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

p_object->polygons_qty = l_qty;

printf("Number of polygons: %d\n",l_qty);

for (i=0; i<l_qty; i++)

{

fread (&p_object->polygon[i].a, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

fread (&p_object->polygon[i].b, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

fread (&p_object->polygon[i].c, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

fread (&l_face_flags, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

}

break;

Последним считывается MAPPING COORDINATES LIST, так же как обычно вначале считывается quantity, затем лист координат, только теперь одна точка будет иметь 2 координаты.

case 0x4140:

fread (&l_qty, sizeof (unsigned short), 1, l_file);

for (i=0; i<l_qty; i++)

{

fread (&p_object->mapcoord[i].u, sizeof (float), 1, l_file);

fread (&p_object->mapcoord[i].v, sizeof (float), 1, l_file);

}

break;

Case - default. Это значит, что на этом рутинная работа закончена, когда у нас на пути chunks, которые нам читать не нужно нам поможет функция fseek, используя информацию из chunk_length, она переводит нас на начало следующего chunk.

default:

fseek(l_file, l_chunk_length-6, SEEK_CUR);

}

fclose (l_file); // Closes the file stream

return (1); // Returns ok

}

Рисунок 2 - Конечный результат

4. Хранение информации. KEYFRAMER CHUNK

Ниже приведена информация из официальных документов sdk по 3ds от Autodesk. Содержит необходимую информацию об элементах, отвечающих за хранение информации об анимации, а так же необходимую для загрузки и проигрывания анимации в среде OpenGL.

KEYFRAMER
Identifier (идентификатор)	0xB000
Уровень в иерархии	1
Length (длинна)	0 + sub-chunks length
Chunk father (элемент родитель)	None
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	Данные кейфреймера служат для описания движения по сцене объектов (например - куба:)), источников света и камер.
INFORMATION BLOCK
Identifier (идентификатор)	0xB001 ... 0xB007
Уровень в иерархии	2
Length (длинна)	Варьируется, зависит от ветвей
Chunk father (элемент родитель)	0xB000 (Keyframer chunk)
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	Этот блок содержит ветви описывающие движение каждого отдельного объекта, камеры, источника света. 0xB001 : Ambient light information block 0xB002 : Mesh information block 0xB003 : Camera information block 0xB004 : Camera target information block 0xB005 : Omni light information block 0xB006 : Spot light target information block 0xB007 : Spot light information block
FRAMES (START, END)
Identifier (идентификатор)	0xB008
Уровень в иерархии	2
Length (длинна)	8
Chunk father (элемент родитель)	0xB000 (Keyframer chunk)
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	Состоит из двух записей: dword Start, End.
OBJECT NAME, PARAMETERS AND HIERARCHY FATHER
Identifier (идентификатор)	0xB010
Уровень в иерархии	3
Length (длинна)	Варьируется, зависит от ветвей
Chunk father (элемент родитель)	0xB001..0xB007 Information block
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	Состоит из следующих записей: strz Object Name word Flag1 * Bit 11 : Hidden word Flag2 * Bit 0 : Show path * Bit 1 : Animate smoothing * Bit 4 : Object motion blur * Bit 6 : Morph materials word Hierarchy father, link to the parent object (-1 for none)
OBJECT PIVOT POINT
Identifier (идентификатор)	0xB013
Уровень в иерархии	3
Length (длинна)	12
Chunk father (элемент родитель)	0xB001...0xB007 Information block
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	Содержит одну запись в векторном виде: Vector Pivot point
TRACK
Identifier (идентификатор)	0xB020 ... 0xB029
Уровень в иерархии	3
Length (длинна)	Варьируется, зависит от ветвей
Chunk father (элемент родитель)	0xB001..0xB007 Information block
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	Содержит множества записей: word Flag * Bits 0-1 : 0 = single 2 = repeat 3 = loop * Bit 3 : lock X * Bit 4 : lock Y * Bit 5 : lock Z * Bit 7 : unlink X * Bit 8 : unlink Y * Bit 9 : unlink Z dword Number of keys in this track Then, for each key: dword Key number (position in track) word Acceleration data present (flag) Range: * Bit 0 : Tension follows [-1.0, 1.0] * Bit 1 : Continuity follows [-1.0, 1.0] * Bit 2 : Bias follows [-1.0, 1.0] * Bit 3 : Ease to follows [ 0.0, 1.0] * Bit 4 : Ease from follows [ 0.0, 1.0] n floats Acceleration data ? Track specific data Track specific data is: 0xB020 : Position track : 1 vector Position 0xB021 : Rotation track : 1 float Angle (rad) 1 vector Axis 0xB022 : Scale track : 3 floats Size 0xB023 : FOV track : 1 float Angle (degree) 0xB024 : Roll track : 1 float Angle (degree) 0xB025 : Color track : 0xB026 : Morph track : 1 strz Object name 0xB027 : Hotspot track : 1 float Angle (degree) 0xB028 : Falloff track : 1 float Angle (degree) 0xB029 : Hide track : nothing
HIERARCHY POSITION
Identifier (идентификатор)	0xB030
Уровень в иерархии	3
Length (длинна)	2
Chunk father (элемент родитель)	0xB001 ... 0xB007 Information block
Sub chunks (ветви)
Data, descripion	word HierarchyПодробнее об иерархии далее, в отдельной главе.

Информация далеко не полная, подробнее об этом можно узнать из документов sdk.

5. Иерархия объектов

Иерархия объектов схожа с иерархией chunk`ов, то же самое дерево, но не всегда. Каждому объекту в сцене дается номер, чтобы идентифицировать его номер в иерархии. Каждый объект созданный в файле будет и в дереве иерархии. Корневому элементу дается номер «-1»(ffff). При чтении файла сохраняется номер объекта. Если он увеличивается, будет идти работа с дочерним элементом, уменьшится - мы перешли на родительский элемент.

Для примера того, как иерархия представляется, используем файл 50pman.3ds , являющегося традиционным для описания иерархии объектов еще с момента появления формата 3ds.

Для просмотра древа объектов 3ДМаксе есть Schematic View (Graph Editors->New Schematic View).

мультимедийный графика анимация моделирование

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной курсовой работы была проведена работа с открытой графической библиотекой OpenGL и программной системой для создания и редактирования трехмерной графики и анимации 3ds max.

Рассмотрена структура файла 3D Studio Mesh, иерархия его объектов, основные параметры структурных элементов формата 3D Studio Mesh, создан загрузчик для просмотра одного объекта формата .3ds, рассмотрено хранение информации об анимации 3d объекта, а так же рассмотрена иерархия объектов в формате 3D Studo Mesh.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Анимация OpenGL [Электронный ресурс]: Примеры анимации и построения моделей - Режим доступа: http://www.gamedev.ru/code/terms/OpenGL

2. Тарасов, И. А. Основы программирования в среде OpenGL / И. А. Тарасов. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2000. - 188 с.

3. Шренер,В. Д. OpenGL Red Book [Электронный ресурс]: В.Д. Шренер - Режим доступа: http://www3.msiu.ru/~kupri-ov/Books/RedBook_OpenGL.pdf

4. Боресков, А.В. Расширения OpenGL / А.В. Боресков. - Спб.: БХВ-Петербург, 2005. - 688 с.

5. Верстак, В. С. 3ds max. Школа мастерства / В. С. Верстак. - Спб.: Питер, 2007 . - 224 с.

Размещено на Allbest.ru