命题为『OpenCTM 格式详解』实在有些大言不惭，羞羞。

这篇文章是对 OpenCTM 官方《Developers Manual》（以下简称手册）中我觉得比较重要的可以帮助深入理解 OpenCTM 部分的摘取。在上一篇文章中我介绍了如何在 Three.js 中引入 OpenCTM，传送门《Three.js载入OpenCTM模型》

官方提供了 C 和 C++ 版本的 OpenCTM API，用于读写 OpenCTM 格式。完整 api 文档可以看《OpenCTM API Reference》，推荐先阅读完本文或者《Developers Manual》（以下简称手册，第二次）获得一个较全面认知后，再查看 API 文档方能快速消化。

手册里的代码示例都是 C 语言的，如果你不是 C 语言的开发者也请留步！OpenCTM 可以支持在各个平台，流行语言基本都有自己版本的开源库支持 OpenCTM 文件的读取。不同语言的库的原理还是想通的，所以就算你是 java 或者 js 的开发者，阅读本文也会对你有所帮助。

前言

本文首先介绍 OpenCTM 文件内容格式，再解说最重要的 OpenCTM 格式可采用的压缩种类，最后会简单介绍一下 C 版本 API 的类。

OpenCTM 文件格式

OpenCTM 文件格式非常简单，它被设计成了非常适合用于现代 3d 图形渲染管线程式（台湾腔）（如 OpenGL）的格式。以后有机会可以讲一下 3d 渲染管线，现在你可以将渲染管线理解成我们在计算机屏幕上绘图的『画笔』工具，且它对接收到的指令有一定的格式要求。

The triangle mesh, in OpenCTM terms, is managed in a format that is well suited for a modern 3D rendering pipeline, such as OpenGL.

OpenCTM 格式到底有多简单呢？我们都知道，一个 3d 模型有顶点、面片、顶点颜色、顶点uv等信息。其中，要描述一个3d模型，最少所需的信息是模型的『顶点坐标』和『坐标点组成的面片』这两个信息（因为只有知道坐标点，并且知道那几个点是一个面你才能造出 3d 物体呀）。OpenCTM 十分直观包含了这两个必备信息，且支持增加另外一些可选信息（如顶点颜色、顶点uv，这些都是根据使用场景添加的）。

一个 OpenCTM 文件仅包含一个 Mesh，所以本文提及的模型都是一个 Mesh。一个文件主要分成两部分：

1. Mesh 的顶点信息

不同模型的顶点信息可能有所差别。有的模型提供了顶点法相，顶点颜色等，有的模型则没有。

最基本的顶点信息是 Vertex 数组，即顶点坐标位置数组。一个顶点的位置由 (x，y，z) 三轴坐标确定，x，y，z 皆为浮点数类型。一个模型的坐标信息是一个很大的数组，每个元素都是一个表示某点某一坐标轴位置的浮点数，从第一个元素开始没三个元素标识一个顶点。如果一个模型有 n 个顶点，那么 Vertex 数组的长度为 3n。

附加信息如 Normal 数组，表示每个点的法相，每个点的法相都是3元的浮点数数组，跟 Vertex 数组相近。还有 UVCoord 数组，表示每个点的 UV 坐标，UV表示模型上点在贴图的哪个位置获取颜色（如果有贴图），每个顶点的 uv 是一个2元的整数数组。另外有 Attribute 数组，用来记录定制信息，每个点的 Attribute 是一个4元浮点叔叔组；Attribute 可以用来记录顶点颜色、顶点权重等信息。

文件中顶点信息的就是这样放置的：全部的 Vertex，全部的 Normal，全部的 UV，全部的 Attribute...其中 Vertex 是必须提供的。顶点的下标（0，1，2，...N）在暗中保证数据的对应关系（没有理解的看下图）。

需要注意的是，一个文件中的每个顶点所拥有的信息都是相同的（就是说不可以有些顶点有 uv 坐标，但有些顶点没有，要么都没有要么都有）。

模型顶点信息

2. Mesh 的面片信息

每个模型面片信息格式相同，OpenCTM 只支持三角面，每个面由三个顶点组成，而模型的顶点是以下标标识的，所以一个面可以表示成三个顶点下标的数组（顶点的顺序非常重要，[v1, v2, v3] 组成的三角面和 [v1, v3, v2] 组成的三角面位置相同但是面的超像相反，我们称它们具有相反的面法相）。模型的面存在一个很长的数组里，数组元素是自然数（包括0），从第一个数开始每三个数标识一个面。一个顶点可能参与多个面的组成。

模型面片信息

OpenCTM 的压缩方式

OpenCTM 官方提供了三种压缩思路，raw、mg1 和 mg2。raw 就是没有压缩的方式（lol），数据结构被压缩算法没有改变，方便开发和测试，生成速度最快。

mg1 压缩

是一种无损压缩，官方 OpenCTM 库默认使用 mg1 格式生成 .ctm 文件。生成速度比 raw 格式慢（增加了压缩的计算量），但是读取速度没有受到很大影响。

mg1 压缩先把文件重新编码成可压缩的格式再用 lzma 算法做无损压缩，保留了所有的浮点数信息。

跟 raw 格式相比，mg1 平均能把顶点信息压缩到 raw 格式的3/4，面片信息可以压缩到 raw 的 17%。

mg2 压缩

mg2 可以是有损压缩，且压缩比更高。mg2 文件的生成速度和 mg1 相差无几。

mg2 在压缩面片信息的处理上和 mg1 相同，但在顶点信息的压缩上更胜一筹。它首先将顶点分割成更小的空间，并在小空间中做了一些有效降低顶点熵值的处理（算法这块求高手指点），这样一来 lzma 的压缩效率能大大提高。

In short, the MG2 method divides the mesh into small sub-spaces, sorts the data geometrically, and applies delta-prediction to the data, which effectively lowers the data entropy. The re-coded vertex data is then compressed with LZMA.

官方为 mg2 压缩提供了一个压缩精度参数，从0~9，0表示精度最低但是速度最快的压缩，9表示精度最高但是比较慢的压缩。此外，官方 API 还提供了比这更加细粒度的精度控制函数，可以控制到不同的顶点信息，比如我想要顶点坐标的精度为0.01，而法相坐标精度为0.1。精度控制在实际生产中很有意义，如果你要用模型做 3d 打印，你的模型单位是 1cm，你的打印机精度为 0.01mm，那么模型的精度如果超过了 0.01 就没有意义了（反正没法被打印）。

大家可以根据自己的需求选择对应的压缩格式。

官方 API

官方提供了三个类：ctm_error，CTMexporter 和 CTMimporter。CTMexporter 用于创建 OpenCTM 文件导出的上下文，在这个上下文中有许多处理函数。相应的，CTMimporter 提供了 OpenCTM 文件导入的上下文。ctm_error 是一个错误处理类，在 C++ 版本的 API 中被 try catch 机制替代。具体请看《OpenCTM API Reference》

结束语

OpenCTM 格式非常简单，raw 压缩格式的文件更是适合开发者上手，比较难懂（对我个人而言）的内容是 mg2 压缩格式所用到的优化算法以及 lzma 算法的使用（mg1 所用到的算法 mg2 也都用到了），也是在开发环节中比较容易出错又很难 debug 的部分。

3d 的世界真的很有意思，浏览器为前端开发开启了一个探索图形编程的豁口——WebGL，前端能做的不再只是界面动画、表单验证，而是可以更多的接触底层算法和底层接口（WebGL 接口），不用活在程序猿鄙视链的低端啦~（开玩笑 :-)

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