PLY文件格式分析

PLY文件是一种存储3D模型的文件格式,全名为多边形档案(Polygon File Format)或 史丹佛三角形档案(Stanford Triangle Format)。

该格式主要用以储存立体扫描结果的三维数值,透过多边形片面的集合描述三维物体,与其他格式相较之下这是较为简单的方法。它可以储存的资讯包含颜色、透明度、表面法向量、材质座标与资料可信度,并能对多边形的正反两面设定不同的属性。

在档案内容的储存上PLY有两种版本,分别是纯文字(ASCII)版本与二元码(binary)版本,其差异在储存时是否以ASCII编码表示元素资讯。

通过分析PLY文件格式,我们可以进而初窥存储3D模型的文件奥秘。

文件格式

各种文件格式通常分成文件头和文件内容,PLY格式也不例外。

每个PLY档都包含档头(header),用以设定网格模型的“元素”与“属性”,以及在档头下方接着一连串的元素“数值资料”。一般而言,网格模型的“元素”就是顶点(vertices)、面(faces),另外还可能包含有边(edges)、深度图样本(samples of range maps)与三角带(triangle strips)等元素。无论是纯文字与二元码的PLY档,档头资讯都是以ASCII编码编写,接续其后的数值资料才有编码之分。

PLY档案以此行作为开头,以识别PLY格式:

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ply

接着第二行是版本资讯,目前有三种写法:

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format ascii 1.0
format binary_little_endian 1.0
format binary_big_endian 1.0

其中ascii, binary_little_endian, binary_big_endian是档案储存的编码方式,而1.0是遵循的标准版本(现阶段仅有PLY 1.0版)。在档头中可使用’comment’作为一行的开头以编写注解,例如:

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comment This is a comment!

描述元素及属性,必须使用’element’及’property’的关键字,一般的格式为element下方接着属性列表,例如:

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element <element name> <number in file>
property <data_type> <property name 1>
property <data_type> <property name 2>
property <data_type> <property name 3>

‘property’不仅定义了资料的型态,其出现顺序亦定义了资料的顺序。内定的资料形态有两种写法:一种是char uchar short ushort int uint float double,另外一种是具有位元长度的int8 uint8 int16 uint16 int32 uint32 float32 float64。 例如,描述一个包含12个顶点的物体,每个顶点使用3个单精度浮点数 (x,y,z)代表点的座标,使用3个unsigned char代表顶点颜色,颜色顺序为 (B, G, R),则档头的写法为:

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element vertex 12
property float x
property float y
property float z
property uchar blue
property uchar green
property uchar red

其中vertex是内定的元素类型,接续的6行property描述构成vertex元素的数值字段顺序代表的意义,及其资料形态。

另一个常使用的元素是面。由于一个面是由3个以上的顶点所组成,因此使用一个“顶点列表”即可描述一个面, PLY格式使用一个特殊关键字’property list’定义之。 例如,一个具有10个面的物体,其PLY档头可能包含:

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element face 10
property list uchar int vertex_indices

‘property list’表示该元素face的特性是由一行的顶点列表来描述。列表开头以uchar型态的数值表示列表的项目数,后面接着资料型态为int的顶点索引值(vertex_indices),顶点索引值从0开始。

最后,标头必须以此行结尾:

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end_header

档头后接着的是元素资料(端点座标、拓朴连结等)。在ASCII格式中各个端点与面的资讯都是以独立的一行描述,而二元编码格式则连续储存这些资料,载入时须以’element’定义的元素数目以及’property’中设定的资料形态计算各笔字段的长度。

示例

一个典型的PLY文件结构分成三部分:

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文件头 (从ply开始到end_header)
顶点元素列表
面元素列表

其中的顶点元素列表一般以x y z方式排列,形态如文件头所定义;而面元素列表是以下列格式表示。

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<组成面的端点數N> <端点#1的索引> <端点#2的索引> ... <端点#N的索引>

以存储一个立方体模型的PLY文件为例,其内容为:

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ply
format ascii 1.0
comment made by anonymous
comment this file is a cube
element vertex 8
property float32 x
property float32 y
property float32 z
element face 12
property list uint8 int32 vertex_index
end_header
0 0 0
0 25.8 0
18.9 0 0
18.9 25.8 0
0 0 7.5
0 25.8 7.5
18.9 0 7.5
18.9 25.8 7.5
3 5 1 0
3 5 4 0
3 4 0 2
3 4 6 2
3 7 5 4
3 7 6 4
3 3 2 1
3 1 2 0
3 5 7 1
3 7 1 3
3 7 6 3
3 6 3 2

PLY文件可用blender软件打开。

参考链接

  1. PLY,by wikipedia.
  2. Opengl学习笔记:(一).Ply文件文件格式和文件读取,by 为何走到这里.