场景和节点

场景

可能有多个场景存储在一个glTF文件中，但在许多情况下，只有一个场景，这也是默认场景。每个场景包含一个数组nodes，它们是场景图的根节点的索引。同样，可能有多个根节点，形成不同的层次，但在许多情况下，场景将只有一个根节点。最简单的场景描述已经在上一节中给出，它由一个场景和一个节点组成：

"scenes" : [
    {
      "nodes" : [ 0 ]
    }
  ],

  "nodes" : [
    {
      "mesh" : 0
    }
  ],

构成场景图的节点

每个node可以包含一个名为儿童包含其子节点的索引的。因此，每个节点都是节点层次结构中的一个元素，它们一起将场景的结构定义为场景图。

中给出的每个节点scene可以遍历，递归访问其所有子节点，以处理附加到节点的所有元素。此遍历的简化伪代码如下所示：

traverse(node) {
    // Process the meshes, cameras, etc., that are
    // attached to this node - discussed later
    processElements(node);

    // Recursively process all children
    for each (child in node.children) {
        traverse(child);
    }
}

实际上，遍历将需要一些附加信息：处理附加到节点的某些元素将需要有关哪一个它们附加到的节点。此外，在遍历过程中必须积累有关节点变换的信息。

局部和全局变换

每个节点都可以有一个变换。这样的变换将定义平移、旋转和/或缩放。此转换将应用于附加到节点本身及其所有子节点的所有元素。因此，节点的层次结构允许构建应用于场景元素的平移、旋转和缩放。

节点的局部变换

节点的局部变换有不同的可能表示形式。转换可以直接由matrix属性。这是一个由16个浮点数组成的数组，它们按列的主要顺序描述矩阵。例如，下面的矩阵描述了关于（2,1,0.5）的缩放、围绕x轴旋转约30度以及关于（10,20,30）的平移：

"node0": {
    "matrix": [
        2.0,    0.0,    0.0,    0.0,
        0.0,    0.866,  0.5,    0.0,
        0.0,   -0.25,   0.433,  0.0,
       10.0,   20.0,   30.0,    1.0
    ]
}

此处定义的矩阵如图4b所示。

也可以使用translation ,旋转，和scale节点的属性，有时缩写为 TRS公司 :

"node0": {
    "translation": [ 10.0, 20.0, 30.0 ],
    "rotation": [ 0.259, 0.0, 0.0, 0.966 ],
    "scale": [ 2.0, 1.0, 0.5 ]
}

这些属性中的每一个都可以用来创建矩阵，这些矩阵的乘积就是节点的局部变换：

• 这个translation只包含x，y，z方向的平移。例如，从[ 10.0, 20.0, 30.0 ]，可以创建一个转换矩阵，将此转换作为其最后一列，如图4c所示。

• 这个rotation作为一个四元数. 四元数的数学背景超出了本教程的范围。现在，最重要的信息是四元数是绕任意角度和任意轴旋转的紧凑表示。例如，四元数[ 0.259, 0.0, 0.0, 0.966 ]描述绕x轴旋转约30度。所以这个四元数可以转换成旋转矩阵，如图4d所示。

• 这个scale包含沿x、y和z轴的比例因子。通过使用这些比例因子作为矩阵对角线上的条目，可以创建相应的矩阵。例如，比例因子的比例矩阵[ 2.0, 1.0, 0.5 ]如图4e所示

当计算节点的最终局部变换矩阵时，这些矩阵被相乘在一起。把这些矩阵按正确的顺序相乘是很重要的。局部变换矩阵必须计算为M = T * R * S，其中T矩阵是translation部分，R矩阵是rotation部分，以及S矩阵是scale部分。所以计算的伪代码是

translationMatrix = createTranslationMatrix(node.translation);
rotationMatrix = createRotationMatrix(node.rotation);
scaleMatrix = createScaleMatrix(node.scale);
localTransform = translationMatrix * rotationMatrix * scaleMatrix;

对于上面给出的示例矩阵，节点的最终局部变换矩阵如图4f所示。

然后根据网格的顶点进行平移，然后根据网格的大小进行缩放scale ,旋转，和translation在节点中给定的属性

当这三个属性中的任何一个未给定时，将使用单位矩阵。类似地，当一个节点既不包含matrix属性或TRS属性，则其局部变换将成为单位矩阵。

节点的全局变换

可以将JSON文件存储为4的本地表示形式×4矩阵。这个全球的节点的变换由从根到相应节点的路径上所有局部变换的乘积给出：

Structure:           local transform      global transform
root                 R                    R
 +- nodeA            A                    R*A
     +- nodeB        B                    R*A*B
     +- nodeC        C                    R*A*C

必须指出的是，在加载文件后，这些全局转换可以不只计算一次。稍后，将展示如何动画可以修改单个节点的局部变换。这些修改将影响所有子节点的全局变换。因此，当需要对一个节点进行全局变换时，必须直接从所有节点的当前局部变换中进行计算。另外，作为一种潜在的性能改进，实现可以缓存全局转换，检测祖先节点的本地转换中的更改，并仅在必要时更新全局转换。不同的实现选项将取决于编程语言和客户机应用程序的需求，因此超出了本教程的范围。