PLY文件格式分析

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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.