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你的程序现在已准备好渲染带纹理的 3D 网格，但当前 vertices 和 indices 数组中的几何体还不够有趣。
在本章中，我们将扩展程序，从实际模型文件中加载顶点和索引，让图形卡真正做一些工作。
许多图形 API 教程会在这个章节让读者自己编写一个 OBJ 加载器。 问题在于，任何稍微有趣的 3D 应用程序很快就会需要该文件格式不支持的功能，比如骨骼动画。 我们 将 在本章中从 OBJ 模型加载网格数据，但我们会更多地关注如何将网格数据与程序本身集成，而不是从文件加载它的细节。
我们将使用 tinyobjloader 库从 OBJ 文件加载顶点和面。 它很快，而且易于集成，因为它是一个像 stb_image 一样的单文件库。 这在开发环境章节中已经提到过，应该作为本部分教程的依赖项之一。
在本章中，我们不会启用光照，因此使用一个将光照烘焙到纹理中的示例模型会很有帮助。 找到此类模型的一个简单方法是在 Sketchfab 上寻找 3D 扫描模型。 该网站上的许多模型都以 OBJ 格式提供，并带有宽松的许可证。
对于本教程，我决定使用 nigelgoh 的 维京房间 模型（https://web.archive.org/web/20200428202538/https://sketchfab.com/3d-models/viking-room-a49f1b8e4f5c4ecf9e1fe7d81915ad38[CC BY 4.0]）。 我调整了模型的大小和方向，使其可以直接替换当前几何体：
你可以随意使用自己的模型，但要确保它只包含一种材质，并且尺寸大约为 1.5 x 1.5 x 1.5 单位。
如果它更大，那么你将需要更改视图矩阵。
将模型文件放在 shaders 和 textures 旁边的新 models 目录中，并将纹理图像放在 textures 目录中。
在程序中添加两个新的配置变量来定义模型和纹理路径：
constexpr uint32_t WIDTH = 800;
constexpr uint32_t HEIGHT = 600;
const std::string MODEL_PATH = "models/viking_room.obj";
const std::string TEXTURE_PATH = "textures/viking_room.png";并更新 createTextureImage 以使用此路径变量：
stbi_uc* pixels = stbi_load(TEXTURE_PATH.c_str(), &texWidth, &texHeight, &texChannels, STBI_rgb_alpha);现在我们将从模型文件加载顶点和索引，因此你应该移除全局的 vertices 和 indices 数组。
将它们替换为作为类成员的非 const 容器：
std::vector<Vertex> vertices;
std::vector<uint32_t> indices;
vk::raii::Buffer vertexBuffer = nullptr;
vk::raii::DeviceMemory vertexBufferMemory = nullptr;
vk::raii::Buffer indexBuffer = nullptr;
vk::raii::DeviceMemory indexBufferMemory = nullptr;你应该将索引的类型从 uint16_t 改为 uint32_t，因为顶点数将远多于 65535。
稍微复杂的构造 vk::IndexTypeValue<decltype(indices)::value_type>::value 会自动获取索引的类型。
commandBuffer.bindIndexBuffer(*indexBuffer, 0, vk::IndexTypeValue<decltype(indices)::value_type>::value);tinyobjloader 库的包含方式与 STB 库相同。
包含 tiny_obj_loader.h 文件，并确保在一个源文件中定义 TINYOBJLOADER_IMPLEMENTATION 以包含函数体并避免链接错误：
#define TINYOBJLOADER_IMPLEMENTATION
#include <tiny_obj_loader.h>我们现在将编写一个 loadModel 函数，使用此库填充 vertices 和 indices 容器，其中包含网格的顶点数据。
它应该在顶点和索引缓冲创建之前的某个地方调用：
void initVulkan()
{
...
loadModel();
createVertexBuffer();
createIndexBuffer();
...
}
...
void loadModel()
{
}通过调用 tinyobj::LoadObj 函数将模型加载到库的数据结构中：
void loadModel()
{
tinyobj::attrib_t attrib;
std::vector<tinyobj::shape_t> shapes;
std::vector<tinyobj::material_t> materials;
std::string warn, err;
if (!tinyobj::LoadObj(&attrib, &shapes, &materials, &warn, &err, MODEL_PATH.c_str()))
{
throw std::runtime_error(warn + err);
}
}OBJ 文件由位置、法线、纹理坐标和面组成。 面由任意数量的顶点组成，其中每个顶点通过索引引用位置、法线和/或纹理坐标。 这使得不仅重用整个顶点成为可能，还可以重用单个属性。
attrib 容器在其 attrib.vertices、attrib.normals 和 attrib.texcoords 向量中保存所有位置、法线和纹理坐标。
shapes 容器包含所有单独的对象及其面。
每个面由一个顶点数组组成，每个顶点包含位置、法线和纹理坐标属性的索引。
OBJ 模型还可以为每个面定义材质和纹理，但我们将忽略这些。
err 字符串包含错误，warn 字符串包含加载文件时发生的警告，例如缺少材质定义。
只有当 LoadObj 函数返回 false 时，加载才真正失败。
如上所述，OBJ 文件中的面实际上可以包含任意数量的顶点，而我们的应用程序只能渲染三角形。
幸运的是，LoadObj 有一个可选参数可以自动三角化这样的面，该参数默认启用。
我们将把文件中的所有面合并到一个模型中，因此只需遍历所有形状：
for (const auto& shape : shapes)
{
}三角化功能已经确保每个面有三个顶点，因此我们现在可以直接遍历顶点并将它们直接放入 vertices 向量中：
for (const auto& shape : shapes)
{
for (const auto& index : shape.mesh.indices)
{
Vertex vertex{};
vertices.push_back(vertex);
indices.push_back(indices.size());
}
}为简单起见，我们暂时假设每个顶点都是唯一的，因此使用简单的自动递增索引。
index 变量是 tinyobj::index_t 类型，包含 vertex_index、normal_index 和 texcoord_index 成员。
我们需要使用这些索引在 attrib 数组中查找实际的顶点属性：
vertex.pos = {
attrib.vertices[3 * index.vertex_index + 0],
attrib.vertices[3 * index.vertex_index + 1],
attrib.vertices[3 * index.vertex_index + 2]
};
vertex.texCoord = {
attrib.texcoords[2 * index.texcoord_index + 0],
attrib.texcoords[2 * index.texcoord_index + 1]
};
vertex.color = {1.0f, 1.0f, 1.0f};不幸的是，attrib.vertices 数组是一个 float 值数组，而不是像 glm::vec3 这样的类型，因此你需要将索引乘以 3。
类似地，每个条目有两个纹理坐标分量。
偏移量 0、1 和 2 用于访问 X、Y 和 Z 分量，或者对于纹理坐标，访问 U 和 V 分量。
现在运行你的程序，你应该会看到类似以下的内容：
很好，几何体看起来是正确的，但纹理是怎么回事？
OBJ 格式假设垂直坐标为 0 表示图像的底部，然而我们将图像以从上到下的方向上传到 Vulkan，其中 0 表示图像的顶部。
通过翻转纹理坐标的垂直分量来解决这个问题：
vertex.texCoord = {
attrib.texcoords[2 * index.texcoord_index + 0],
1.0f - attrib.texcoords[2 * index.texcoord_index + 1]
};当你再次运行程序时，你应该会看到正确的结果：
所有艰苦的工作终于开始得到回报，就像这样一个演示！
当模型旋转时，你可能会注意到背面（墙壁的背面）看起来有点奇怪。 这是正常的，仅仅是因为该模型并非真正设计为从那个方向观看。
不幸的是，我们还没有真正利用索引缓冲的优势。
vertices 向量包含大量重复的顶点数据，因为许多顶点包含在多个三角形中。
我们应该只保留唯一的顶点，并使用索引缓冲在需要时重用它们。
实现此目的的一种直接方法是使用 map 或 unordered_map 来跟踪唯一的顶点及其各自的索引：
#include <unordered_map>
...
std::unordered_map<Vertex, uint32_t> uniqueVertices{};
for (const auto& shape : shapes)
{
for (const auto& index : shape.mesh.indices)
{
Vertex vertex{};
...
auto [it, inserted] = uniqueVertices.insert({vertex, static_cast<uint32_t>(vertices.size())});
if (inserted)
{
vertices.push_back(vertex);
}
indices.push_back(it->second);
}
}每次我们从 OBJ 文件读取一个顶点时，我们插入 { vertex, index } 对，其中索引是 vertices 数组的当前大小。
仅当顶点确实被 inserted 时，索引值才会被设置。否则，映射中该 vertex 的索引不会改变。
并且如果顶点被 inserted，我们将其存储在 vertices 中。
无论哪种情况，该顶点在 vertices 向量中的索引都会被添加到 indices 向量中。
程序现在将编译失败，因为使用像我们的 Vertex 结构体这样的用户定义类型作为哈希表的键，需要我们实现两个函数：相等性测试和哈希计算。
前者可以通过在 Vertex 结构体中重写 == 运算符来轻松实现：
bool operator==(const Vertex& other) const
{
return pos == other.pos && color == other.color && texCoord == other.texCoord;
}Vertex 的哈希函数通过为 std::hash<T> 指定模板特化来实现。
哈希函数是一个复杂的主题，但 cppreference.com 推荐 以下方法，结合结构体的字段来创建一个质量不错的哈希函数：
namespace std
{
template<> struct hash<Vertex>
{
size_t operator()(Vertex const& vertex) const
{
return ((hash<glm::vec3>()(vertex.pos) ^ (hash<glm::vec3>()(vertex.color) << 1)) >> 1) ^ (hash<glm::vec2>()(vertex.texCoord) << 1);
}
};
}此代码应放在 Vertex 结构体之外。
GLM 类型的哈希函数需要使用以下头文件包含：
#define GLM_ENABLE_EXPERIMENTAL
#include <glm/gtx/hash.hpp>哈希函数定义在 gtx 文件夹中，这意味着它在技术上仍然是 GLM 的实验性扩展。
因此，你需要定义 GLM_ENABLE_EXPERIMENTAL 才能使用它。
这意味着 API 可能会在未来的 GLM 新版本中发生变化，但在实践中 API 非常稳定。
你现在应该能够成功编译并运行你的程序。
如果你检查 vertices 的大小，你会发现它已经从 11,484 缩小到 3,566！
这意味着每个顶点平均被 ~3 个三角形重用。
这无疑为我们节省了大量 GPU 内存。
在下一章中，我们将学习一种改善纹理渲染的技术。
C++ 代码 / slang 着色器 / GLSL 顶点着色器 / GLSL 片段着色器
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