PLY格式介绍与读取

一、格式介绍

PLY是一种电脑档案格式，全名为多边形档案（Polygon File Format）或斯坦福三角形档案（Stanford Triangle Format）。

史丹佛大学的 The Digital Michelangelo Project计划采用PLY格式储存极高分辨率之米开朗基罗的作品"大卫"雕塑。

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。

档案格式

（本文并未提供完整的格式描述，以下仅介绍PLY的基本概念与格式）

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：

ply

开头作为PLY格式的识别。接着第二行是版本资讯，目前有三种写法：

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：

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:

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：

element
 vertex 12

propertyfloat x

propertyfloat y

propertyfloat 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：

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：

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，加载时须以'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。

范例

一个典型的PLY档案结构分成三部分：

档头
 (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，形态如档头所定义；而面元素列表是以下列格式表示。

<組成面的端點數N>
 <端點#1的索引> <端點#2的索引> ... <端點#N的索引>

例如画出一个有4个顶点，4个面的四面体，档案内容为:

ply

format
 ascii 1.0

comment這是一個正四面體

element
 vertex 4

propertyfloat x

propertyfloat y

propertyfloat z

element
 face 4

property
 list uchar int vertex_index

end_header

0
 3 0

2.449
 -1.0 -1.414

0
 -1 2.828

-2.449
 -1.0 -1.414

3
 0 1 3

3
 0 2 1

3
 0 3 2

3
 1 2 3

其中1~10行是档头, 11~14行是顶点元素列表, 15~18行则是面元素列表。

其中： 0 3 0是顶点

历史

PLY格式发展于90年代中期，在史丹佛大学图学实验室的Marc Levoy教授指导下，由Greg Turk及其他成员开发出来。PLY格式受Wavefront .obj格式的启发，但改进了Obj格式所缺少的对任意属性及群组的扩充性。因此PLY格式发明了"property"及"element"这两个关键词，来概括“顶点、面、相关资讯、群组”的概念。

注意

ply文件不支持中文格式的文件名字,所以在使用过程中避免使用中文来命名。

二、C语言读取PLY文件

// Try to read a plyfile, returning vertices and faces
bool read_ply(const char *plyfile,
       int &numleaves, QTree_Node * &leaves,
       int &numfaces, face * &faces,
       bool &have_colors,
       std::string &comments)
{
 bool have_faces=false, have_tstrips=false;
 int tstripdatalen=0, *tstripdata = NULL;
 int other_prop_len, color_offset;
 char buf[255];
 int i, result;

 have_colors = false;  numleaves = numfaces = 0;
 leaves = NULL;  faces = NULL;

 FILE *f = fopen(plyfile, "r");
 if (!f) {
  fprintf(stderr, "Can't open plyfile %s\n", plyfile);
  return false;
 }
 printf("Reading %s...\n", plyfile);


 // Read header
 if (!fgets(buf, 255, f) || strncmp(buf, "ply", 3)) {
  fprintf(stderr, "Not a ply file.\n");
  return false;
 }

#define GET_LINE() if (!fgets(buf, 255, f)) goto plyreaderror
#define LINE_IS(text) !strncasecmp(buf, text, strlen(text))

 GET_LINE();
 if (!LINE_IS("format binary_big_endian 1.0")&&!LINE_IS("format binary_little_endian 1.0")) {
  fprintf(stderr, "Can only read binary  ply files.\n");
 }

 while (1) {
  GET_LINE();
  if (LINE_IS("obj_info")) {
   continue;
  } else if (LINE_IS("comment")) {
   comments += buf+8;
   continue;
  } else {
   break;
  }
 }

 result = sscanf(buf, "element vertex %d\n", &numleaves);
 if (result != 1) {
  fprintf(stderr, "Expected \"element vertex\"\n");
  goto plyreaderror;
 }

 GET_LINE();
 if (!LINE_IS("property float x")) {
  fprintf(stderr, "Expected \"property float x\"\n");
  goto plyreaderror;
 }

 GET_LINE();
 if (!LINE_IS("property float y")) {
  fprintf(stderr, "Expected \"property float y\"\n");
  goto plyreaderror;
 }

 GET_LINE();
 if (!LINE_IS("property float z")) {
  fprintf(stderr, "Expected \"property float z\"\n");
  goto plyreaderror;
 }

 other_prop_len = 0;
 GET_LINE();
 while (LINE_IS("property")) {
  if (LINE_IS("property char") ||
      LINE_IS("property uchar")) {
   other_prop_len += 1;
  } else if (LINE_IS("property int") ||
      LINE_IS("property uint") ||
      LINE_IS("property float")) {
   other_prop_len += 4;
  } else {
   fprintf(stderr, "Unsupported vertex property: %s\n", buf);
   goto plyreaderror;
  }

  if (LINE_IS("property uchar diffuse_red")) {
   have_colors = true;
   color_offset = other_prop_len - 1;
  }

  GET_LINE();
 }


 result = sscanf(buf, "element face %d", &numfaces);
 if (result == 1) {
  have_faces = true;
  GET_LINE();
  if (!LINE_IS("property list uchar int vertex_indices"))
   goto plyreaderror;
  GET_LINE();
 } else if (LINE_IS("element tristrips 1")) {
  have_tstrips = true;
  GET_LINE();
  if (!LINE_IS("property list int int vertex_indices"))
   goto plyreaderror;
  GET_LINE();
 }

 if (!LINE_IS("end_header")) {
  fprintf(stderr, "Expected \"end_header\"\n");
  goto plyreaderror;
 }


 // OK, we think we've parsed the header. Slurp in the actual data...
 leaves = new QTree_Node[numleaves];

 printf(" Reading %d vertices... ", numleaves); fflush(stdout);
 for (i=0; i < numleaves; i++) {

  if (!fread((void *)&(leaves[i].pos[0]), 12, 1, f))
   goto plyreaderror;
  if (other_prop_len && !fread((void *)buf, other_prop_len, 1, f))
   goto plyreaderror;

  if (have_colors) {
   memcpy((void *)&(leaves[i].col[0]),
          buf + color_offset,
          sizeof(color));
  }
 }
 printf("Done.\n");

 if (have_tstrips) {
  printf(" Reading triangle strips... "); fflush(stdout);

  if (!fread((void *)&tstripdatalen, 4, 1, f))
   goto plyreaderror;
  FIX_LONG(tstripdatalen);

  tstripdata = new int[tstripdatalen];
  if (!fread((void *)tstripdata, 4*tstripdatalen, 1, f))
   goto plyreaderror;
  for (int t=0; t < tstripdatalen; t++)
   FIX_LONG(tstripdata[t]);
 } else if (have_faces) {
  printf(" Reading %d faces... ", numfaces); fflush(stdout);
  faces = new face[numfaces];
  for (i=0; i < numfaces; i++) {
   if (!fread((void *)buf, 1, 1, f))
    goto plyreaderror;
   if (buf[0] != 3) {
    fprintf(stderr, "Non-triangle found in mesh.\n");
   }

   if (!fread((void *)faces[i], 12, 1, f))
    goto plyreaderror;

  }
 }
 printf("Done.\n");
 if (tstripdatalen) {
  unpack_tstrips(tstripdatalen, tstripdata, numfaces, faces);
  delete [] tstripdata;
 }

 fgets(buf, 2, f);
 if (!feof(f)) {
  fprintf(stderr, "Warning: ignored excess garbage at end of ply file.\n");
 }

 fclose(f);


 return true;

plyreaderror:
 fclose(f);
 fprintf(stderr, "Error reading plyfile.\n");
 if (leaves) delete [] leaves;
 if (faces) delete [] faces;
 if (tstripdata) delete [] tstripdata;
 return false;
}

三、利用QSplatmake将PLY文件转化为QS文件时需要注意little_endian与Big_endian的区别主要在FIXFLOAT和FIX_LONG等会受到影响，可以直接忽略这句语句。其具体有什么用我还不太明了，猜想应该是控制数值的形式。对于little_endian与Big_endian分别所代表的含义可自行百度，这里就不太累述。

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