简介

glTF是基于中立 API 的运行时数据传输格式。glTF 搭建起了三维内容创建工具和现代三维应用软件之间的桥梁。它可以提供高效的、可扩展的、可互操作的格式，来进行三维内容的传输和加载。

glTF基本特点

glTF由json和外部数据构成，构成如下：

• 一个json格式的文件（.gltf）包含完整的场景描述：阶段层级结构、材质、相机以及mesh、animation等的描述信息。
• 二进制文件(.bin)，存储geometry、animation数据以及其他基于buffer的数据
• 纹理文件(.jpg, .png)

设计目标

• 文件大小尽量压缩。glTF的json文件是明文存储。Geometry、animation等占用空间较大的数据以二进制文件存储
• 快速加载。json和bin的数据可以快速被GPU调用，不需要解析和处理。
• 完整的3D场景描述。glTF可以包含完整场景，包括节点、转换矩阵、mesh、材质、相机、animations。
• 可扩展。glTF在支持丰富的要素的同事，允许扩展。

以下不是glTF的设计初衷

• glTF不支持流式加载
• glTF的设计是面向开发人员的，并不是对所有用户友好

概念

资源(Asset)

每个glTF必须包含一个asset属性。一个合法的glTF文件，在顶层属性中，也就这么一个必须要有的属性。

{
 "asset": {
 "version": "2.0",
 "generator": "collada2gltf@f356b99aef8868f74877c7ca545f2cd206b9d3b7",
 "copyright": "2017 (c) Khronos Group"
 }
}

索引和命名(Indices and Names)

glTF文件顶层有bufferView和buffers两个数组类型的object。bufferView通过其下层的buffer来引用buffers中对应的buffer。如

{
 "buffers": [
 {
 "byteLength": 1024,
 "uri": "path-to.bin"
 }
 ],
 "bufferViews": [
 {
 "buffer": 0,
 "byteLength": 512,
 "byteOffset": 0
 }
 ]
}

该例中，bufferView和buffers都只有一个元素。bufferView对象的buffer属性为0，代表了bufferView引用了buffers中下标为0的元素。

glTF文件顶层object都可以有一个name属性，用来显示。name属性可以缺失，也不保证唯一。

坐标和单位(Coordinate System and Units)

• glTF采用右手坐标系
• 长度单位是米
• 角度单位为弧度
• 正向旋转为逆时针
• 颜色采用sRGB格式

场景(Scenes)

• glTF可以包含0个或多个Scene，保存在scenes数组里。
• 另外有一个scene属性用来指定加载时要显示的那个scene。scene属性可以为空。

Nodes and Hierarchy

glTF中可以定义nodes，其中包含了场景中要渲染的实体。

• nodes 可以包含name属性
• nodes 可以包含坐标变换参数
• nodes 有父子结构。一个父节点用children数组对象保存儿子节点的下标（笔者认为这种方式不直观）

{
 "nodes": [
 {
 "name": "Car",
 "children": [1, 2, 3, 4]
 },
 {
 "name": "wheel_1"
 },
 {
 "name": "wheel_2"
 },
 {
 "name": "wheel_3"
 },
 {
 "name": "wheel_4"
 } 
 ]
}

Transformations

一个node可以定义一个本地空间变换参数，有两种方式：

1. 定义一个matrix对象
2. 定义TRS(translation, rotation, scale)对象

两种方式原则上可以相互转换。

二进制存储(Binary Data Storage)

• Buffer 是二进制blob，可以包含geometry、animation和skin。
• Buffers 存储在buffers数组对象中
• Buffer 数据小端存储
• 一个buffer view可以包含定点索引(vertex indices)或属性(attributes)，但一个buffer view只能包含一种数据。
• buffers和bufferView不包含类型信息。
• 内容较大的数据(mesh、skins、annimations)应存放在buffers对象中，从而可以被accessor获取到。

几何信息(Geometry)

• 一个node可包含一个mesh
• 一个mesh包含一个primitives数组对象
• 一个primitives可包含一个attributes对象
• attributes对象可包含以下属性：POSITION, NORMAL, TANGENT, TEXCOORD_0, TEXCOORD_1, COLOR_0, JOINTS_0, and WEIGHTS_0
• mesh可以用node.mesh属性进行实例化。相同的mesh可以被多个node引用，只是变换矩阵不同而已。如：

{
 "nodes": [
 {
 "mesh": 11
 },
 {
 "mesh": 11,
 "translation": [
 -20,
 -1,
 0
 ] 
 }
 ]
}

纹理(Texture Data)

Texture 可被定义在textures, images, samplers三种不同的对象中

材质(Materials)

相机(Cameras)

Camera定义从视图(view)坐标转换到剪辑(clip)坐标的投影矩阵。

相机(Cameras)保存在cameras数组对象中。

每个camera有一个type属性，代表投射类型，其值为perspective 或 orthographic。

每个camera有一个perspective 或 orthographic属性对象。

动画(Animations)

glTF通过节点(node)变换的关键帧动画支持关节(articulated)动画和蒙皮(skinned)动画。关键帧数据存储在缓冲区(buffers)中，并使用访问器在动画中引用。gltf2.0也以类似的方式支持实例化变形目标(Morph Targets)的动画。

所有动画都存储在”animations”数组中。动画定义为一组通道(channels)和一组采样器(samplers)，这些采样器使用关键帧数据和插值(interpolation)方法（采样器属性）指定访问器。

Specifying Extensions

glTF定义了一种扩展机制，允许用新功能扩展基本格式。任何glTF对象都可以具有可选的extensions属性。如下例所示：

{
 "material": [
 {
 "extensions": {
 "KHR_materials_common": {
 "technique": "LAMBERT"
 }
 }
 }
 ]
}

glTF中使用的所有扩展必须列在顶级extensionsUsed数组对象中，例如

{
 "extensionsUsed": [
 "KHR_materials_common",
 "VENDOR_physics"
 ]
}

加载或呈现资产所需的所有glTF扩展必须列在顶级扩展所需的数组中，例如

{
 "extensionsRequired": [
 "WEB3D_quantized_attributes"
 ]
}

extensionsRequired是extensionsUsed的一个子集。extensionsRequired中的所有值也必须存在于extensionsUsed中。

GLB File Format Specification

glTF提供了两个也可以一起使用的交付选项(delivery options)：

• gltf json指向外部二进制数据（几何体、关键帧、皮肤）和图像。
• gltf json使用数据uri嵌入base64编码的二进制数据和图像。

由于采用了base64编码，glTF需要单独的请求或额外的空间。Base64编码需要额外的处理来解码，这增加了文件大小（对于编码资源，增加了约33%）。虽然gzip减轻了文件大小的增加，但是解压和解码仍然增加了大量的加载时间。

为了解决这个问题，引入了一种二进制格式的glTF。在二进制glTF中，glTF资产（JSON、.bin和images）可以存储在二进制blob中。

后缀(File Extension)

二进制glTF的后缀为glb。

MIME Type

二进制glTF的MIME类型为model/gltf-binary

Binary glTF Layout

• 二进制glTF为小端存储
• 文件前12字节为Header，包含：magic、version、length
• Header后为chunk，每个chunk的结构为：chunkLength、chunkType、chunkData

Properties Reference

Objects

• accessor
  • sparse
    • indices
    • values
• animation
  • animation sampler
  • channel
    • target
• asset
• buffer
• bufferView
• camera
  • orthographic
  • perspective
• extension
• extras
• glTF (root object)
• image
• material
  • normalTextureInfo
  • occlusionTextureInfo
  • pbrMetallicRoughness
• mesh
  • primitive
• node
• sampler
• scene
• skin
• texture
• textureInfo
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