图形学中的 Scene Graph
Scene Graph 中文常翻译为“场景图”，是一种常用的场景对象组织方式。我们把场景中的对象，按照一定的规则（通常是空间关系）组织成一棵树，树上的每个节点代表场景中的一个对象。每个节点都可以有零到多个子节点，但只有一个父节点。 每个节点都包含一个“空间的定义”，通过一个 4x4 的矩阵表示，也可以通过位置、旋转、缩放三个分量来表示，但最终都要转换成4x4的矩阵。
每个节点所定义的空间就叫做“Local Space”，每个节点的空间都是定义在父节点的 Local Space 之中的。在渲染某个节点中的 Mesh 模型的时候，需要计算 Model Matrix，也就是需要把顶点从 Local Space 转换到 World Space 的矩阵，这时候就要使用矩阵乘法来计算：
nodeA.modelMatrix = nodeA.parent.modelMatrix * nodeA.localMatrix 请注意这里请求了父节点的 Model Matrix：”nodeA.parent.modelMatrix”，也就是递归的去计算，直到 Scene Graph 的根节点。通常在代码实现中，会把这个 Model Matrix 进行 Cache 。
Scene Graph 的节点层次结构组成的空间关系就像我们高中物理学的相对运动。例如你在一列飞驰的火车上行走，那么你的位置、运动都是在“火车”这个空间中的；而你最终在地球上的运动，要根据当前火车的运动来计算决定。
游戏引擎中的 Scene Graph
Scene Graph 的概念在游戏引擎中也被普遍使用，先来看一下 Unity3D引擎吧。在 Unity Editor 中我们可以直观的从 Hierarchy 视图中看到整个 Scene Graph 结构。当你移动一个 GameObject 时，它下面的所有子节点也会跟随它一起移动。 从代码的角度看，场景节点中的父子关系并不由 GameObject 负责管理，而是由 Transform 组件去完成。 想要指定或者改变对象的父子关系就需要调用 Transform.SetParent()，这个函数的第二个参数为“bool worldPositionStays”，也就是在改变父节点时保持对象在世界空间中的位置不变。你可以思考一下，如果要你实现这个API，你怎么写？
在 Unreal Engine 4 中也有 Scene Graph 概念的实现，情况与 Unity3D 非常类似。Unreal Editor中的“World Outliner”视图，也直观的展现了当前场景的层次结构。 AActor 在场景中的层次结构是由 USceneComponent 组成父子关系来实现的，USceneComponent 起到管理 transform 和 transform 的层次结构的作用。
glTF 定义的 Scene Graph 数据
在glTF标准中也使用 Scene Graph 的概念。一个 glTF 数据可以包含零到多个 scene ，每个 scene 都是由 node 组成的一个树形层次结构。
在前面一篇文章的glTF简介中，我们讲到了 glTF 的核心数据是由一个 JSON 格式的文本文件定义的。下面我们就先看一下 glTF 中场景的定义：
{
"scenes": [
{
"name": "defaultScene",
"nodes": [0]
}
],
"scene": 0,
"nodes": [
{
"name": "root",
"children": [1]
},
{
"name": "box",
"mesh": 0
}
],
}上面这段 JSON 数据是glTF文件的一部分，它定义了一个 Object ，它有三个重要的字段：
* scenes：是一个对象数组，定义这个 glTF 数据中有几个场景。上面这段 JSON 数据中只包含一个场景。每个场景是一个对象，包含两个字段：
* name：字符串，场景的名称；
* nodes：一个数组，通常只有一个元素，它指定这个场景的根节点；数组的每个元素是下面的 nodes 数组的索引；
* scene：这个字段指定默认渲染哪个场景，是指定的上面的 scenes 数组的 index；
* nodes：是一个对象数组，包含所有的节点数据；上面这段 JOSN 数据中一共有两个节点：root 和 box 。
其中，nodes 数组是构成 Scene Graph 的核心数据，下面我们再看一下 nodes 中的单个节点的数据构成。一个节点可以拥有以下的可选字段：
* name：名称，字符串；
* children：是一个数组，定义当前这个 node 包含哪些子节点；使用 nodes 数组的 index；
* transform数据，可以是一个 “matrix” 字段，定义一个4x4的矩阵；也可以由“translation”、“rotation”、“scale ”三个分量来定义。
* mesh：指定当前节点引用哪个 mesh 对象来渲染；通过 index 索引 glTF 数据中的 mesh 对象；后续文章还会细讲；
* camera：指定当前节点引用哪个摄像机；通过 index 索引 glTF 数据中的 camera 对象；后续文章还会细讲；
理解了 Scene Graph 的概念之后，再看上述的 glTF 场景数据定义就很直观了。看到这儿，场景的数据结构应该清晰了，但是目前这个场景还没包含任何实际的功能，这个我们要从下一篇文章开始讲起。
阅读原文 可以下载完整的glTF 样例数据。
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