ply 文件格式

 

Ply文件格式是Stanford大学开发的一套三维mesh模型数据格式，图形学领域内很多著名的模型数据，比如Stanford的三维扫描数据库（其中包括很多文章中会见到的Happy Buddha、Dragon、Bunny兔子），Geogia Tech的大型几何模型库，北卡（UNC）的电厂模型等，最初的模型都是基于这个格式的。

PLY多边形文件格式的开发目标是建立一套针对多边形模型的，结构简单但是能够满足大多数图形应用需要的模型格式，而且它允许以ASCII码格式或二进制形式存储文件。PLY的开发者希望，这样一套既简单又灵活的文件格式，能够帮助开发人员避免重复开发文件格式的问题。然而由于各种各样的原因，在工业领域内，新的文件格式仍然在不断的出现，但是在图形学的研究领域中，PLY还是种常用且重要的文件格式。

PLY作为一种多边形模型数据格式，不同于三维引擎中常用的场景图文件格式和脚本文件，每个PLY文件只用于描述一个多边形模型对象（Object），该模型对象可以通过诸如顶点、面等数据进行描述，每一类这样的数据被称作一种元素（Element）。相比于现代的三维引擎中所用到的各种复杂格式，PLY实在是种简单的不能再简单的文件格式，但是如果仔细研究就会发现，就像设计者所说的，这对于绝大多数的图形应用来说已经是足够用了。

PLY的文件结构同样很简单：文件头加上元素数据列表。其中文件头中以行为单位描述文件类型、格式与版本、元素类型、元素的属性等，然后就根据在文件头中所列出元素类型的顺序及其属性，依次记录各个元素的属性数据。

典型的 PLY 文件结构： 

头部 
顶点列表 
面片列表 
（其他元素列表） 

头部是一系列以回车结尾的文本行，用来描述文件的剩余部分。头部包含一个对每个元素类型的描述，包括元素名（如“边”），这个元素在工程里有多少，以及一 个与这个元素关联的不同属性的列表。头部还说明这个文件是二进制的或者是ASCII的。头部后面的是一个每个元素类型的元素列表，按照在头部中描述的顺序 出现。 

下面是一个立方体的完整ASCII描述。相同工程的二进制版本头部的唯一不同是用词“binary_little_endian”或者 “binary_big_endian”替换词“ascii”。大括号中的注释不是文件的一部分，它们是这个例子的注解。文件中的注释一般在 “comment”开始的关键词定义行里。 

ply 
format ascii 1.0 { ascii/二进制，格式版本数 } 
comment made by anonymous { 注释关键词说明，像其他行一样 } 
comment this file is a cube 
element vertex 8 { 定义“vertex”（顶点）元素，在文件中有8个 } 
property float32 x { 顶点包含浮点坐标“x”} 
property float32 y { y 坐标同样是一个顶点属性 } 
property float32 z { z 也是坐标 } 
element face 6 { 在文件里有6个“face”（面片） } 
property list uint8 int32 vertex_index { “vertex_indices”（顶点素引）是一列整数 } 
end_header { 划定头部结尾 } 
0 0 0 { 顶点列表的开始 } 
0 0 1 
0 1 1 
0 1 0 
1 0 0 
1 0 1 
1 1 1 
1 1 0 
4 0 1 2 3 { 面片列表开始 } 
4 7 6 5 4 
4 0 4 5 1 
4 1 5 6 2 
4 2 6 7 3 
4 3 7 4 0 

这个例子说明头部的基本组成。头部的每个部分都是以一个关键词开头以回车结尾的ASCII串。即使是头部的开始和结尾（“ply”和 “end_header”）也是以这种形式。因为字符“ply”是文件的魔法数字，必须是文件的头四个字符。跟在文件头部开头之后的是关键词 “format”和一个特定的ASCII或者二进制的格式，接下来是一个版本号。再下面是多边形文件中每个元素的描述，在每个元素里还有多属性的说明。一 般元素以下面的格式描述： 

element <元素名> <在文件中的个数> 
property <数据类型> <属性名-1> 
property <数据类型> <属性名-2> 
property <数据类型> <属性名-3> 
... 

属性罗列在“element”（元素）行后面定义，既包含属性的数据类型也包含属性在每个元素中出现的次序。一个属性可以有三种数据类型：标量，字符串和列表。属性可能具有的标量数据类型列表如下： 

名称 类型 字节数 
------------------------------- 
int8 字符 1 
uint8 非负字符 1 
int16 短整型 2 
uint16 非负短整型 2 
int32 整型 4 
uint32 非负整型 4 
float32 单精度浮点数 4 
float64 双精度浮点数 8 

这些字节计数很重要，而且在实现过程中不能修改以使这些文件可移植。使用列表数据类型的属性定义有一种特殊的格式： 

property list <数值类型> <数值类型> <属性名> 

这种格式的一类例子是上面的立方体文件中的： 

property list uint8 int32 vertex_index 

这表示属性“vertex_index”首先包含一个非负字符报苏在属性里包含多少索引，接下来是一个列表包含许多整数。在这个边长列表里的每个整数都是一个顶点的索引。 

另外一个例子 
------------ 

另外一个立方体定义： 

ply 
format ascii 1.0 
comment author: anonymous 
comment object: another cube 
element vertex 8 
property float32 x 
property float32 y 
property float32 z 
property red uint8 { 顶点颜色开始 } 
property green uint8 
property blue uint8 
element face 7 
property list uint8 int32 vertex_index { 每个面片的顶点个数 } 
element edge 5 { 物体里有5条边 } 
property int32 vertex1 { 边的第一个顶点的索引 } 
property int32 vertex2 { 第二个顶点的索引 } 
property uint8 red { 边颜色开始 } 
property uint8 green 
property uint8 blue 
end_header 
0 0 0 255 0 0 { 顶点列表开始 } 
0 0 1 255 0 0 
0 1 1 255 0 0 
0 1 0 255 0 0 
1 0 0 0 0 255 
1 0 1 0 0 255 
1 1 1 0 0 255 
1 1 0 0 0 255 
3 0 1 2 { 面片列表开始，从一个三角形开始 } 
3 0 2 3 { 另一个三角形 } 
4 7 6 5 4 { 现在是一些四边形 } 
4 0 4 5 1 
4 1 5 6 2 
4 2 6 7 3 
4 3 7 4 0 
0 1 255 255 255 { 边列表开始，从白边开始 } 
1 2 255 255 255 
2 3 255 255 255 
3 0 255 255 255 
2 0 0 0 0 { 以一个黑线结束 } 

这个文件为每个顶点指定一个红、绿、蓝值。为了说明变长vertex_index（顶点索引）的能力，物体的头两个面片是两个三角形而不是一个四边形。这 意味着物体的面片数是7。这个物体还包括一个边列表。每条边包括两个指向说明边的顶点的指针。每条边也有一种颜色。上面定义的五条边指定了颜色，使文件里 的两个三角形高亮。前四条边白色，它们包围两个三角形。最后一条边是黑的，他是分割三角形的边。 

用户定义元素 
------------ 

上面的例子显示了顶点、面片和边三种元素的用法。PLY 格式同样允许用户定义它们自己的元素。定义新元素的格式于顶点、面片和边相同。这是头部定义材料属性的部分： 

element material 6 
property ambient_red uint8 { 环绕颜色 } 
property ambient_green uint8 
property ambient_blue uint8 
property ambient_coeff float32 
property diffuse_red uint8 { 扩散（diffuse）颜色 } 
property diffuse_green uint8 
property diffuse_blue uint8 
property diffuse_coeff float32 
property specular_red uint8 { 镜面（specular）颜色 } 
property specular_green uint8 
property specular_blue uint8 
property specular_coeff float32 
property specular_power float32 { Phong 指数 } 

这些行应该在头部顶点、面片和边的说明后直接出现。如果我们希望每个顶点有一个材质说明，我们可以将这行加在顶点属性末尾： 

property material_index int32 

这个整数现在是一个到文件内包含的材质列表的索引。这可能诱使一个新应用的作者编制一些信的元素保存在 PLY 文件中。这个练习应该保持在最小。试着将普通元素（顶点、面片、边、材质）改编用于新用途更好，使得其他能够读懂这些元素的程序在操作这些改编过的元素时 更有用。比如，一个将分子描述成球体和圆柱体集合的应用。这将需要在包含分子的 PLY 文件里定义球体和圆柱体元素。然而，如果我们为了这个目的使用顶点和边元素（为每个添加半径属性），我们可以利用操作和显示顶点和边的程序。无疑不应该为 三角形和四边形创建特殊元素，而应该使用面片元素。