3D引擎数据结构与glTF(2)： Scene Graph

01月

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Scene Graph 的概念在游戏引擎中也被普遍使用，先来看一下 Unity3D引擎吧。在 Unity Editor 中我们可以直观的从 Hierarchy 视图中看到整个 Scene Graph 结构。当你移动一个 GameObject 时，它下面的所有子节点也会跟随它一起移动。从代码的角度看，场景节点中的父子关系并不由 GameObject 负责管理，而是由 Transform 组件去完成。想要指定或者改变对象的父子关系就需要调用 Transform.SetParent()，这个函数的第二个参数为“bool worldPositionStays”，也就是在改变父节点时保持对象在世界空间中的位置不变。你可以思考一下，如果要你实现这个API，你怎么写？

在 Unreal Engine 4 中也有 Scene Graph 概念的实现，情况与 Unity3D 非常类似。Unreal Editor中的“World Outliner”视图，也直观的展现了当前场景的层次结构。 AActor 在场景中的层次结构是由 USceneComponent 组成父子关系来实现的，USceneComponent 起到管理 transform 和 transform 的层次结构的作用。

glTF 定义的 Scene Graph 数据

在glTF标准中也使用 Scene Graph 的概念。一个 glTF 数据可以包含零到多个 scene ，每个 scene 都是由 node 组成的一个树形层次结构。

在前面一篇文章的glTF简介中，我们讲到了 glTF 的核心数据是由一个 JSON 格式的文本文件定义的。下面我们就先看一下 glTF 中场景的定义：

上面这段 JSON 数据是glTF文件的一部分，它定义了一个 Object ，它有三个重要的字段：

scenes：是一个对象数组，定义这个 glTF 数据中有几个场景。上面这段 JSON 数据中只包含一个场景。每个场景是一个对象，包含两个字段：
name：字符串，场景的名称；
nodes：一个数组，通常只有一个元素，它指定这个场景的根节点；数组的每个元素是下面的 nodes 数组的索引；
scene：这个字段指定默认渲染哪个场景，是指定的上面的 scenes 数组的 index；
nodes：是一个对象数组，包含所有的节点数据；上面这段 JOSN 数据中一共有两个节点：root 和 box 。

其中，nodes 数组是构成 Scene Graph 的核心数据，下面我们再看一下 nodes 中的单个节点的数据构成。一个节点可以拥有以下的可选字段：

name：名称，字符串；
children：是一个数组，定义当前这个 node 包含哪些子节点；使用 nodes 数组的 index；
transform数据，可以是一个 “matrix” 字段，定义一个4x4的矩阵；也可以由“translation”、“rotation”、“scale ”三个分量来定义。
mesh：指定当前节点引用哪个 mesh 对象来渲染；通过 index 索引 glTF 数据中的 mesh 对象；后续文章还会细讲；
camera：指定当前节点引用哪个摄像机；通过 index 索引 glTF 数据中的 camera 对象；后续文章还会细讲；

理解了 Scene Graph 的概念之后，再看上述的 glTF 场景数据定义就很直观了。看到这儿，场景的数据结构应该清晰了，但是目前这个场景还没包含任何实际的功能，这个我们要从下一篇文章开始讲起。

glTF 样例数据

如果你想看看完整的 glTF 资源长什么样子，可以下载这两个zip包：

只包含一个 Node 的简单场景

Box