XML可通過(guò)標(biāo)簽和屬性描述3D模型的幾何、拓?fù)洹⒉馁|(zhì)與紋理，如頂點(diǎn)坐標(biāo)、面片索引、法線、UV映射、材質(zhì)屬性及紋理路徑，并通過(guò)ID引用和嵌套結(jié)構(gòu)組織層級(jí)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)可讀性強(qiáng)、可擴(kuò)展性高的三維數(shù)據(jù)表示。
XML可以通過(guò)結(jié)構(gòu)化的標(biāo)簽和屬性來(lái)描述3D模型，它本質(zhì)上是一種文本格式，能夠定義模型的幾何形狀（如頂點(diǎn)坐標(biāo)、面片索引）、法線、紋理坐標(biāo)，以及材質(zhì)屬性和紋理文件路徑等，從而將三維數(shù)據(jù)以一種可讀、可擴(kuò)展的方式組織起來(lái)。
要用XML描述一個(gè)3D模型，核心在于將模型的各個(gè)組成部分——幾何數(shù)據(jù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、材質(zhì)和紋理——映射到XML的元素和屬性上。這就像是給模型畫(huà)一張?jiān)敿?xì)的“說(shuō)明書(shū)”。
我們首先需要定義模型的幾何信息。這包括了所有頂點(diǎn)的位置（X, Y, Z坐標(biāo)）、每個(gè)頂點(diǎn)的法線向量（用于光照計(jì)算）以及紋理坐標(biāo)（UVs，用于將2D紋理映射到3D表面）。這些數(shù)據(jù)通常以列表的形式存在，XML可以通過(guò)一系列子元素或者一個(gè)包含所有數(shù)據(jù)的字符串來(lái)表示。例如，可以有一個(gè)<vertices>元素，里面包含多個(gè)<vertex>子元素，每個(gè)子元素有x, y, z屬性；或者更簡(jiǎn)潔地，直接在<positions>元素內(nèi)存儲(chǔ)一個(gè)由空格分隔的浮點(diǎn)數(shù)序列。
接下來(lái)是模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也就是如何將這些頂點(diǎn)連接起來(lái)形成面片（通常是三角形或四邊形）。這通過(guò)索引列表實(shí)現(xiàn)，每個(gè)面片由其組成頂點(diǎn)的索引號(hào)來(lái)定義。XML中可以有一個(gè)<faces>元素，內(nèi)部包含<face>子元素，每個(gè)子元素列出構(gòu)成該面片的頂點(diǎn)索引。更復(fù)雜一點(diǎn)，一個(gè)索引還可以同時(shí)指向頂點(diǎn)位置、法線和紋理坐標(biāo)。
材質(zhì)和紋理是讓模型看起來(lái)真實(shí)的關(guān)鍵。材質(zhì)定義了模型的顏色、光澤度、透明度等屬性，而紋理則是指向?qū)嶋H圖像文件的鏈接，并說(shuō)明這張圖片應(yīng)該如何應(yīng)用（比如作為漫反射貼圖、法線貼圖等）。在XML中，我們可以創(chuàng)建<material>元素來(lái)封裝這些屬性，例如<diffuse_color r="1.0" g="0.5" b="0.0"/>，并用<texture>元素來(lái)引用外部圖片文件，比如<image_path>path/to/texture.png</image_path>，同時(shí)指定紋理的類型和UV集。
最后，一個(gè)完整的3D場(chǎng)景可能包含多個(gè)模型，它們之間存在父子關(guān)系（例如，一個(gè)汽車模型包含輪子模型，輪子相對(duì)于汽車有自己的變換）。XML的嵌套結(jié)構(gòu)天然適合描述這種層級(jí)關(guān)系，通過(guò)<node>或<group>元素來(lái)組織模型和它們的變換矩陣。
一個(gè)非常簡(jiǎn)化的XML結(jié)構(gòu)可能看起來(lái)是這樣：
<model id="my_cube">
<mesh id="cube_mesh">
<vertices>
<position x="-1" y="-1" z="-1"/>
<position x="1" y="-1" z="-1"/>
<!-- ...更多頂點(diǎn)... -->
</vertices>
<normals>
<vector x="0" y="0" z="-1"/>
<!-- ...更多法線... -->
</normals>
<uv_coordinates>
<uv u="0" v="0"/>
<!-- ...更多UVs... -->
</uv_coordinates>
<faces>
<triangle v1="0" n1="0" uv1="0" v2="1" n2="0" uv2="1" v3="2" n3="0" uv3="2"/>
<!-- ...更多面片... -->
</faces>
</mesh>
<material id="red_plastic">
<diffuse_color r="0.8" g="0.1" b="0.1" a="1.0"/>
<specular_color r="0.2" g="0.2" b="0.2" a="1.0"/>
<shininess value="32"/>
<texture type="diffuse" path="textures/red_plastic_diffuse.png" uv_set="0"/>
</material>
<object mesh_ref="cube_mesh" material_ref="red_plastic">
<transform>
<translation x="0" y="0" z="0"/>
<rotation axis="y" angle="45"/>
</transform>
</object>
</model>這種描述方式在COLLADA (COLLAborative Design Activity) 和 X3D (eXtensible 3D) 等標(biāo)準(zhǔn)中都有體現(xiàn)，它們都是基于XML來(lái)定義復(fù)雜三維場(chǎng)景的。
選擇XML來(lái)描述3D模型，首先看中的是它的可讀性和可擴(kuò)展性。作為一種文本格式，XML文件打開(kāi)就能看懂，結(jié)構(gòu)清晰，這對(duì)于調(diào)試、人工修改或者團(tuán)隊(duì)協(xié)作都非常方便。想想看，如果模型數(shù)據(jù)都是一堆二進(jìn)制字節(jié)，那簡(jiǎn)直是噩夢(mèng)。而且，XML允許我們根據(jù)需求自定義標(biāo)簽和屬性，這意味著我可以為我的特定應(yīng)用場(chǎng)景添加任何我需要的額外信息，而不會(huì)破壞現(xiàn)有的解析器，這種靈活性是二進(jìn)制格式難以比擬的。它也是平臺(tái)無(wú)關(guān)的，任何支持XML解析的系統(tǒng)都能處理，這對(duì)于跨平臺(tái)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是個(gè)大優(yōu)勢(shì)。
不過(guò)，凡事有利有弊。XML在描述3D模型時(shí)，最大的局限性就是其冗余性。標(biāo)簽和屬性本身就需要占用大量的存儲(chǔ)空間，這導(dǎo)致XML文件通常比同等內(nèi)容的二進(jìn)制文件大得多。對(duì)于包含數(shù)百萬(wàn)個(gè)頂點(diǎn)和面片的高精度模型來(lái)說(shuō)，文件大小會(huì)急劇膨脹，傳輸和加載都會(huì)變得很慢。我個(gè)人覺(jué)得，當(dāng)數(shù)據(jù)量達(dá)到一定程度時(shí)，這種冗余就成了不可忽視的性能瓶頸。
其次是解析效率。文本解析通常比直接讀取二進(jìn)制數(shù)據(jù)要慢。需要進(jìn)行字符串解析、類型轉(zhuǎn)換等操作，這些都會(huì)增加CPU的負(fù)擔(dān)。在對(duì)性能要求極高的游戲引擎或?qū)崟r(shí)渲染應(yīng)用中，XML的這種效率問(wèn)題就凸顯出來(lái)了。盡管有DOM和SAX等解析方式，但與優(yōu)化的二進(jìn)制解析相比，仍有差距。
所以，我的看法是，XML在原型開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)交換、需要人工可讀性或高度可擴(kuò)展性的場(chǎng)景下表現(xiàn)出色。比如，作為設(shè)計(jì)工具之間交換數(shù)據(jù)的中間格式，或者用于描述不那么復(fù)雜、對(duì)性能要求不高的模型配置。但如果目標(biāo)是高性能、大數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)渲染，或者最終發(fā)布的產(chǎn)品，那么通常會(huì)選擇更緊湊、更高效的二進(jìn)制格式，或者至少在運(yùn)行時(shí)將XML解析后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為內(nèi)存友好的二進(jìn)制結(jié)構(gòu)。這是一個(gè)權(quán)衡，沒(méi)有絕對(duì)的對(duì)錯(cuò)，只有最適合特定場(chǎng)景的選擇。
在XML中組織三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，關(guān)鍵在于如何清晰、高效地表示頂點(diǎn)、法線、UVs和面片這些核心元素。這部分其實(shí)有很多種實(shí)踐方式，不同的標(biāo)準(zhǔn)（比如COLLADA）也會(huì)有自己的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，但核心思想是相通的。
最常見(jiàn)的方法是將不同類型的數(shù)據(jù)分開(kāi)放置，然后通過(guò)索引來(lái)引用。例如：
頂點(diǎn)位置 (Vertices):
可以有一個(gè)<positions>元素，里面包含一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的浮點(diǎn)數(shù)序列，代表所有頂點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)。例如：
<positions count="9"> -1.0 -1.0 -1.0 1.0 -1.0 -1.0 -1.0 1.0 -1.0 <!-- ...更多坐標(biāo)... --> </positions>
或者，為了更好的可讀性，每個(gè)頂點(diǎn)一個(gè)單獨(dú)的元素：
<vertices> <v x="-1.0" y="-1.0" z="-1.0"/> <v x="1.0" y="-1.0" z="-1.0"/> <v x="-1.0" y="1.0" z="-1.0"/> <!-- ... --> </vertices>
前一種方式更緊湊，但解析時(shí)需要自行分割字符串；后一種更清晰，但XML標(biāo)簽的開(kāi)銷更大。我個(gè)人傾向于在數(shù)據(jù)量不大時(shí)使用后者，方便排查問(wèn)題。
法線 (Normals):
與頂點(diǎn)位置類似，可以有一個(gè)<normals>元素，包含一系列X、Y、Z向量，每個(gè)向量代表一個(gè)頂點(diǎn)的法線方向。
<normals count="9"> 0.0 0.0 -1.0 0.0 0.0 -1.0 0.0 0.0 -1.0 <!-- ... --> </normals>
紋理坐標(biāo) (UVs):
同樣，<uv_coordinates>元素可以包含一系列U、V坐標(biāo)對(duì)。
<uv_coordinates count="6"> 0.0 0.0 1.0 0.0 0.0 1.0 <!-- ... --> </uv_coordinates>
面片 (Faces/Indices):
這是最關(guān)鍵的部分，它定義了網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。面片通常由三個(gè)或四個(gè)頂點(diǎn)組成。我們可以用<triangles>或<polylist>元素來(lái)表示。最常見(jiàn)的是通過(guò)索引列表來(lái)構(gòu)建面片。
<triangles material="my_material" count="2">
<p>
0 0 0 1 0 1 2 0 2 <!-- 第一個(gè)三角形: (v0,n0,uv0), (v1,n0,uv1), (v2,n0,uv2) -->
3 1 3 4 1 4 5 1 5 <!-- 第二個(gè)三角形: (v3,n1,uv3), (v4,n1,uv4), (v5,n1,uv5) -->
</p>
</triangles>這里的<p>元素包含了一系列索引，每三個(gè)（或四個(gè)）一組代表一個(gè)面。每個(gè)數(shù)字可能代表一個(gè)頂點(diǎn)位置索引、一個(gè)法線索引和一個(gè)UV坐標(biāo)索引。這種“交錯(cuò)索引”的方式非常靈活，可以實(shí)現(xiàn)頂點(diǎn)共享、法線共享等。例如，0 0 0表示使用第0個(gè)頂點(diǎn)位置、第0個(gè)法線、第0個(gè)UV坐標(biāo)。
這種將數(shù)據(jù)分離并通過(guò)索引引用的方式，雖然在XML中看起來(lái)會(huì)有些重復(fù)的索引數(shù)字，但它與圖形API（如OpenGL或DirectX）的頂點(diǎn)緩沖區(qū)和索引緩沖區(qū)概念非常吻合，方便后續(xù)加載到顯存進(jìn)行渲染。當(dāng)然，也有人會(huì)考慮將所有數(shù)據(jù)（位置、法線、UV）打包到一個(gè)頂點(diǎn)元素里，形成“交錯(cuò)頂點(diǎn)數(shù)組”，但那在XML中寫(xiě)起來(lái)就更冗長(zhǎng)了，解析也需要額外邏輯來(lái)區(qū)分各個(gè)分量。我認(rèn)為上面這種分而治之、通過(guò)索引引用的方式，是XML描述網(wǎng)格數(shù)據(jù)時(shí)，在可讀性和與渲染管線匹配度上，一個(gè)不錯(cuò)的平衡點(diǎn)。
紋理和材質(zhì)是賦予3D模型視覺(jué)表現(xiàn)力的關(guān)鍵。在XML中描述它們，并建立它們與網(wǎng)格的關(guān)聯(lián)，需要一套清晰的結(jié)構(gòu)。我發(fā)現(xiàn)這部分是最能體現(xiàn)XML靈活性的地方，你可以根據(jù)項(xiàng)目的具體需求，定義出各種豐富的材質(zhì)屬性和紋理應(yīng)用方式。
材質(zhì) (Material) 的描述：
材質(zhì)通常定義了一系列表面屬性，比如顏色、光澤度、反射率等。在XML中，我們可以創(chuàng)建一個(gè)頂級(jí)的<materials>元素來(lái)包含多個(gè)具體的<material>定義，每個(gè)材質(zhì)都有一個(gè)唯一的ID。
<materials>
<material id="red_glossy_plastic">
<technique_common> <!-- 常見(jiàn)渲染技術(shù)參數(shù) -->
<phong> <!-- Phong光照模型 -->
<ambient>
<color r="0.1" g="0.0" b="0.0" a="1.0"/>
</ambient>
<diffuse>
<color r="0.8" g="0.1" b="0.1" a="1.0"/>
</diffuse>
<specular>
<color r="0.8" g="0.8" b="0.8" a="1.0"/>
</specular>
<shininess>
<float value="64.0"/>
</shininess>
<transparency>
<float value="1.0"/> <!-- 1.0表示完全不透明 -->
</transparency>
</phong>
</technique_common>
</material>
<!-- ...可以有更多材質(zhì)定義... -->
</materials>這里使用了Phong光照模型為例，定義了環(huán)境光、漫反射、鏡面反射顏色，以及光澤度等。這種嵌套結(jié)構(gòu)非常直觀，一眼就能看出材質(zhì)的各種屬性。
紋理 (Texture) 的描述與關(guān)聯(lián)： 紋理是圖片文件，它們通過(guò)特定的方式影響材質(zhì)的某個(gè)屬性。比如，一張圖片可以作為漫反射顏色，另一張作為法線貼圖來(lái)模擬表面細(xì)節(jié)。在XML中，紋理通常是作為材質(zhì)屬性的一部分來(lái)引用的。
首先，可能需要定義一個(gè)紋理圖片庫(kù)，里面包含圖片文件的路徑：
<images>
<image id="red_plastic_diffuse_img">
<init_from>textures/red_plastic_diffuse.png</init_from>
</image>
<image id="red_plastic_normal_img">
<init_from>textures/red_plastic_normal.png</init_from>
</image>
</images>然后，在材質(zhì)定義中引用這些圖片，并指定它們的作用：
<materials>
<material id="red_glossy_plastic">
<technique_common>
<phong>
<diffuse>
<texture texture_image="red_plastic_diffuse_img" texcoord_set="0">
<wrap_s>REPEAT</wrap_s>
<wrap_t>REPEAT</wrap_t>
<min_filter>LINEAR_MIPMAP_LINEAR</min_filter>
<mag_filter>LINEAR</mag_filter>
</texture>
</diffuse>
<normal_map> <!-- 自定義一個(gè)法線貼圖屬性 -->
<texture texture_image="red_plastic_normal_img" texcoord_set="0"/>
</normal_map>
<!-- ...其他材質(zhì)屬性... -->
</phong>
</technique_common>
</material>
</materials>這里，<diffuse>元素內(nèi)部不再是<color>，而是引用了一個(gè)<texture>，通過(guò)texture_image屬性指向之前定義的圖片ID。texcoord_set指明了使用哪個(gè)UV坐標(biāo)集（因?yàn)橐粋€(gè)模型可能有多套UV）。還可以添加紋理的采樣方式（如wrap_s, wrap_t控制平鋪或鉗制，min_filter, mag_filter控制過(guò)濾方式）。
網(wǎng)格與材質(zhì)的關(guān)聯(lián)： 最后一步是告訴模型的哪些部分使用哪個(gè)材質(zhì)。這通常是在網(wǎng)格的幾何部分中通過(guò)引用材質(zhì)ID來(lái)完成的。
<geometry id="my_cube_geometry">
<mesh>
<!-- ...頂點(diǎn)、法線、UVs定義... -->
<triangles material="red_glossy_plastic" count="12"> <!-- 指明這組三角形使用哪個(gè)材質(zhì) -->
<input semantic="VERTEX" source="#my_cube_vertices" offset="0"/>
<input semantic="NORMAL" source="#my_cube_normals" offset="1"/>
<input semantic="TEXCOORD" source="#my_cube_uvs" set="0" offset="2"/>
<p>0 0 0 1 0 1 2 0 2 ...</p>
</triangles>
</mesh>
</geometry>
<visual_scene id="my_scene">
<node id="my_cube_node">
<instance_geometry url="#my_cube_geometry">
<bind_material>
<technique_common>
<instance_material symbol="red_glossy_plastic" target="#red_glossy_plastic"/>
</technique_common>
</bind_material>
</instance_geometry>
</node>
</visual_scene>在更復(fù)雜的場(chǎng)景圖中，instance_geometry會(huì)引用幾何體，并通過(guò)bind_material將幾何體中的symbol（比如red_glossy_plastic）與實(shí)際的材質(zhì)定義（target="#red_glossy_plastic"）關(guān)聯(lián)起來(lái)。這樣，一個(gè)幾何體可以根據(jù)其不同的面片組，使用不同的材質(zhì)。這種多層級(jí)的引用和關(guān)聯(lián)方式，雖然看起來(lái)有點(diǎn)繞，但它賦予了極大的靈活性，讓你可以復(fù)用材質(zhì)，也能精細(xì)地控制模型不同區(qū)域的視覺(jué)表現(xiàn)。
以上就是XML如何表示3D模型？ 用XML描述三維網(wǎng)格與紋理數(shù)據(jù)的規(guī)范格式的詳細(xì)內(nèi)容，更多請(qǐng)關(guān)注php中文網(wǎng)其它相關(guān)文章！
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