如何在SceneKit中从SCNGeometry提取面信息

SceneKit中，顶点数据存储在SCNGeometrySource中，而面（图元）数据全部存储在SCNGeometryElement实例中，每个SCNGeometry对象可以包含1个或多个SCNGeometryElement，分别对应不同的渲染分组、材质或者图元类型（三角形、线、点等），提取面信息的具体操作如下：

实现步骤 #

• 从目标SCNNode中获取关联的SCNGeometry对象

注意：如果节点的geometry为nil，或需要提取带变形、蒙皮、空间变换后的面信息，需要先将几何体烘焙到对应空间的静态网格，或取节点的presentation节点的几何体再进行后续解析。

• 遍历SCNGeometry的elements数组，每个元素对应一组面数据
• 解析单个SCNGeometryElement的核心属性，获取面的基础信息：
  1. primitiveType：面的类型，常用类型包括.triangles（三角形面）、.triangleStrip（三角带）、.polygon（多边形面）、.lines（线段）、.points（点）
  2. primitiveCount：当前element包含的面总数量
  3. data：存储顶点索引的二进制数据，每个面由N个顶点索引组成，N的取值由primitiveType决定，例如三角形面每个对应3个索引
• 将二进制索引数据解析为整数索引数组，关联提前提取的顶点坐标数组，即可得到完整的面信息

代码示例（Swift） #

// 1. 从目标节点获取几何体
guard let geometry = yourSCNNode.geometry else {
    return
}

// 2. 提前提取顶点坐标数组备用
var vertexList: [SCNVector3] = []
if let vertexSource = geometry.sources(for: .vertex).first {
    let vertexCount = vertexSource.vectorCount
    vertexList = Array(repeating: SCNVector3Zero, count: vertexCount)
    vertexSource.getVertices(&vertexList, range: NSRange(location: 0, length: vertexCount))
}

// 3. 遍历所有geometry element提取面信息
for (elementIndex, element) in geometry.elements.enumerated() {
    print("第\(elementIndex)组面，类型：\(element.primitiveType)，总面数：\(element.primitiveCount)")
    
    let indexData = element.data
    let bytesPerIndex = element.bytesPerIndex
    var indexOffset = 0
    
    // 遍历当前组的所有面
    for faceIdx in 0..<element.primitiveCount {
        var faceIndices: [Int] = []
        let indexCountPerFace: Int
        
        // 不同图元类型对应不同的索引数量
        switch element.primitiveType {
        case .triangles: 
            indexCountPerFace = 3
        case .triangleStrip: 
            indexCountPerFace = faceIdx == 0 ? 3 : 1
        case .lines: 
            indexCountPerFace = 2
        case .points: 
            indexCountPerFace = 1
        case .polygons: 
            // 多边形类型需要先读取第一个值作为当前面的顶点数
            var polyVertexCount: UInt8 = 0
            indexData.copyBytes(to: &polyVertexCount, from: indexOffset..<indexOffset+1)
            indexCountPerFace = Int(polyVertexCount)
            indexOffset += 1
        @unknown default: 
            indexCountPerFace = 0
        }
        
        // 读取当前面的所有顶点索引
        for i in 0..<indexCountPerFace {
            let index: Int
            switch bytesPerIndex {
            case 1:
                var value: UInt8 = 0
                indexData.copyBytes(to: &value, from: indexOffset + i*bytesPerIndex ..< indexOffset + (i+1)*bytesPerIndex)
                index = Int(value)
            case 2:
                var value: UInt16 = 0
                indexData.copyBytes(to: &value, from: indexOffset + i*bytesPerIndex ..< indexOffset + (i+1)*bytesPerIndex)
                index = Int(value)
            case 4:
                var value: UInt32 = 0
                indexData.copyBytes(to: &value, from: indexOffset + i*bytesPerIndex ..< indexOffset + (i+1)*bytesPerIndex)
                index = Int(value)
            default:
                index = -1
            }
            if index >= 0 && index < vertexList.count {
                faceIndices.append(index)
            }
        }
        indexOffset += indexCountPerFace * bytesPerIndex
        
        // 面信息提取完成：faceIndices为当前面对应的顶点索引，关联vertexList即可得到面的所有顶点坐标
        let faceVertices = faceIndices.map { vertexList[$0] }
        print("第\(faceIdx)个面的顶点坐标：\(faceVertices)")
    }
}

注意事项 #

• 如果需要提取应用了节点变换后的世界空间面坐标，拿到顶点坐标后调用yourSCNNode.convertPosition(vertex, to: nil)转换即可。
• 带骨骼动画、形变动画的动态几何体，需要先获取节点当前帧的presentation节点的几何体再提取，才能拿到实时变形后的面信息。
• 从外部导入的多边形格式（如OBJ）几何体，如果primitiveType为.polygons，每个面的第一个索引是当前面的顶点数，之后才是对应顶点索引，解析时需要注意偏移处理。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Mahnoor Khan