Processing 3Dモデル／OBJ Loader

Processingのライブラリには、3Dモデリングソフトで制作した3Dモデルを読み込むOBJ Loaderライブラリがあります。OBJ Loaderでは、拡張子が「.obj」の3Dモデルを扱うことができます。3Dモデリングソフトがあれば、制作した3Dモデルを「.obj」フォーマットで書き出して、3DデータをOBJ Loaderで読み込みます。読み込みに使用する3Dデータは、スケッチフォルダ内に入れておきます。
また、モデリングが面倒であれば、インターネットからフリーの3Dデータを検索しダウンロードして利用する方法もあります。この場合「.obj」フォーマットのデータでなければならないのですが、それ以外のフォーマットであっても、一旦3Dモデリングソフトで読み込んで「.obj」フォーマットにして書き出せば利用可能です。最近はフリーの3Dモデリングソフトも多く存在するので、ダウンロード／インストールしてすぐに使うことができるはずです（ブログページ右側にもフリーのモデリングソフトのリストがあります）。

参考3Dモデリングソフト（フリーウェア）：
Blender (Win,Mac)
Maya 2010体験版（30日）（Win,Mac）
Rhino (Mac用ベータ版/要登録)
Metasequoia/LE (Win)
DoGA (Win)
CB Model Pro (Win,Mac)
SketchUp (Win,Mac)
SketchyPhysics (Win):SketchUp物理演算プラグイン
trueSpace7 (Win)
CoCreate (Win/要登録)

今回はインターネット上から無料の3Dモデルのデータをダウンロードし、Processing上に表示してみたいと思います。Turbo Squidという3Dモデルのデータライブラリのサイトから無料の3Dモデルを探し出し、以下の3Dモデルを利用してみたいと思います（データをダウンロードするにはTurbo Squidに登録する必要があります）。

http://www.turbosquid.com/3d-models/max-apple-macbook/391534

このモデルは拡張子が「.3DS」なので3ds Max用のデータです。フリーウェアのBlenderという3Dモデリングソフトで、この「.3DS」フォーマットのデータを読み込み（File>Import>.3ds）、「.obj」フォーマットで書き出して（File>Export.obj）利用してみたいと思います（「.obj」に変換したファイルのリンクはこの記事の最後にあります）。

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そのまま読み込むと、各パーツの位置が少しずれていたので、修正して「.obj」フォーマットで書き出すことにしました。「.obj」フォーマットを選択して書き出すと、「~.obj」と「~.mtl」という二つのファイルが出来上がります。「~.obj」はポリゴンの座標についてのデータであり、「~.mtl」は色や材質、テクスチャなどのデータが含まれています。以下のプログラムで、3Dデータを読み込んでみます（「~.obj」ファイルと「~.mtl」ファイルは、スケッチフォルダ内に入れておいてください）。

//ライブラリのインポート
import saito.objloader.*;

//モデルのオブジェクトを用意
OBJModel model;

void setup() {
  //3D用の画面設定
  size(400,400,P3D);
  //モデルのオブジェクトを生成
  model=new OBJModel(this);
  //objファイルの読み込み
  model.load("macbook.obj");
  //ワイヤーフレームなし
  noStroke();
}

void draw(){
  //背景描画
  background(50);
  //直線光の設定
  directionalLight(200, 200, 200, -1, 1, -1);
  //環境光の設定
  ambientLight(200, 200, 200);
  
  //3Dモデルの位置設定 
  translate(width/2,height/2,0);
  //スケール設定（200倍）  
  scale(200);

  //マウス入力で回転させる
  rotateX(PI*mouseY/height);

  //三角形分割で面を生成する
  model.drawMode(TRIANGLES);
  //3Dモデルの描画
  model.draw();  
}

Blenderでは、細かな出力設定はせずに、そのまま「.3DS」データを読み込み（File>Import>.3ds）、「.obj」フォーマットで書き出す（File>Export>.obj）ことにします（書き出す際には、予め画面上で3DモデルをSelectしておく必要があります）。表示されるスケールが小さすぎたので、scale()で200倍の大きさに変換しています。そのまま表示させると、3Dモデルの色が真っ黒のままだったので、多少の修正が必要になります。



色などの内容を確かめるために「.mtl」ファイルをテキストエディタなどで開くと、以下のような内容が記述されていることが分かります。

# Blender3D MTL File: macbook.blend
# Material Count: 2
newmtl Screen
Ns 96.078431
Ka 0.000000 0.000000 0.000000
Kd 0.084706 0.084706 0.084706
Ks 0.449020 0.449020 0.449020
Ni 1.000000
d 1.000000
illum 2

newmtl Plastic
Ns 96.078431
Ka 0.000000 0.000000 0.000000
Kd 0.800000 0.800000 0.800000
Ks 0.449020 0.449020 0.449020
Ni 1.000000
d 1.000000
illum 2

このデータには、ScreenとPlasticという名前の二つの材質についての数値が含まれており、以下のような内訳になります。
#　コメント
newmtl 材料名
Ns　輝度
Ka　環境色
Kd　拡散色
Ks　反射色
Ni　光の屈折率
d　 アルファ値
illum 0:照明なし、1:反射ハイライトなし、2:Ksの値で反射ハイライトあり

恐らくKaの値がそれぞれ0.000000, 0.000000, 0.000000なので真っ黒な状態になったのでしょう。それぞれの値を以下のように変えます。

ScreenのKaの値を
Ka　0.1　0.01　0.01

PlasticのKaの値を
Ka　0.7　0.7　0.7

上記三つの値はRGB（赤,緑,青）に対応しています。
それぞれの値を変更すると、ScreenのKaは少し赤みがかった黒、PlasticのKaは白に近いグレーになります。
先ほどのプログラムで再度描画させれば、以下のようにかたちが認識できるようになるはずです。


マウス上下で3Dモデルも上下に回転します。
見えない場合はこちらへ。


Processingでは、box()、sphere()、vertex()などの基本的な3D描画のコマンドはありますが、複雑な3Dモデルを制作する際には、モデリングソフトを利用して取り込んだ方がいいでしょう。あるいは、3Dモデルのデータもインターネット上に数多く存在しているので、検索すれば相応しいものが見つかるかもしれません。
尚、上記プログラムで使用したmacbook.objとmacbook.mtlのファイルは、ここからダウンロードできます。

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