Opengl学习笔记：（一）.Ply文件文件格式和文件读取

来源：互联网发布：音频矩阵编辑：程序博客网时间：2024/06/06 01:23

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一、Ply简介

这次实验老师要求用opengl读取.ply文件，个人理解，ply里面存储的是多边形模型的数据，包括一些点、面、材质、颜色等属性。
比较严谨的解释：
- 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。

二、Ply中的结构

1、PLY的文件结构：

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。

2、典型的PLY文件结构：

1、头部
2、顶点列表
3、面片列表
4、其他元素列表

3、简单举例

1) 头部
- a.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。
- b. 头部包含一个对每个元素类型的描述，包括元素名（如“边”），元素的数量，以及一个与这个元素关联的不同属性的列表。
- c.头部还说明这个文件是二进制的或者是ASCII的。
- d.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。
- e.文件中的注释一般在 “comment”开始的关键词定义行里。
2) 举例:下面是一个立方体的完整ASCII描述。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。
- a.头部的每个部分都是一个以关键词开头，以回车结尾的ASCII串。
- b.”ply”是文件的头四个字符。
- c.关键词“format”及其后面的是一个特定的ASCII或者二进制的格式，接下来是一个版本号。
- d.end_header 头文件结束
- f.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>

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

3) 其他说明
- 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。
- 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，一个非负字符表示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。

          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

三、读取.ply文件

读取的方法：
1、在头文件信息中读取顶点数量和面数量（也可同时确定每个顶点的属性种类和数量）。
2、在文件的数据部分读取所有顶点信息，及面信息。
3、由顶点信息绘制图形。

PlyLoader.cpp

#include "PLYLoader.h"CPLYLoader::CPLYLoader(){    this->m_totalConnectedQuads = 0;    this->m_totalConnectedPoints = 0;    m_ModelData.iTotalConnectedTriangles = 0;}int CPLYLoader::LoadModel(char* filename){    //Loading hint    printf("Loading %s...\n",filename);    char* pch = strstr(filename,".ply");    //if file isn's null, go on reading    if (pch != NULL)    {        FILE* file = fopen(filename,"r");        if (!file)        {            printf("load PLY file %s failed\n",filename);            return false;        }        //comfirm the size of the file        fseek(file,0,SEEK_END);        long fileSize = ftell(file);        try        {            mp_vertexXYZ = (float*) malloc (ftell(file));            mp_vertexNorm = (float*) malloc (ftell(file));            mp_vertexRGB = (float*) malloc(ftell(file));        }        catch (char* )        {            return -1;        }        if (mp_vertexXYZ == NULL) return -1;        if (mp_vertexNorm == NULL) return -2;        if (mp_vertexRGB == NULL) return -3;        //go to the begining of the file        fseek(file,0,SEEK_SET);         if (file)        {            int i = 0;               int temp = 0;            int quads_index = 0;            int triangle_index = 0;            int normal_index = 0;            int colorIndex = 0;            char buffer[1000];            //read a line once            fgets(buffer,300,file);                     // READ HEADER            // -----------------            // Find number of vertexes            while (  strncmp( "element vertex", buffer,strlen("element vertex")) != 0  )            {                //printf("%s\n", buffer);                fgets(buffer,300,file);                     }            strcpy(buffer, buffer+strlen("element vertex"));            //the second parament is like regular expression.            //%i can automately translate the octonary number into the decimal number.            sscanf(buffer,"%i", &this->m_totalConnectedPoints);            //print test            //printf("totalPoints:%d\n", this->m_totalConnectedPoints);            // Find number of face            fseek(file,0,SEEK_SET);            while (  strncmp( "element face", buffer,strlen("element face")) != 0  )            {                //printf("%s\n", buffer);                fgets(buffer,300,file);         // format            }            strcpy(buffer, buffer+strlen("element face"));            sscanf(buffer,"%i", &this->m_totalFaces);            //printf("totalQuads:%d\n", this->m_totalFaces);            // go to end_header            while (  strncmp( "end_header", buffer,strlen("end_header")) != 0  )            {                fgets(buffer,300,file);                     }            //----------------------            // read vertices            i =0;            for (int iterator = 0; iterator < this->m_totalConnectedPoints; iterator++)            {                char tmp[1];                fgets(buffer,300,file);                //有的顶点元素可能存在3个属性，分别为坐标，法向量、颜色，但是最基本的，如上述正方形，仅有坐标属性                sscanf(buffer,"%f %f %f %f %f %f %c %f %f %f", &mp_vertexXYZ[i], &mp_vertexXYZ[i+1], &mp_vertexXYZ[i+2],                    &mp_vertexNorm[i], &mp_vertexNorm[i+1], &mp_vertexNorm[i+2],                    tmp,                    &mp_vertexRGB[i], &mp_vertexRGB[i+1],  &mp_vertexRGB[i+2]);                //print test                //printf("%f %f %f %f %f %f %c %f %f %f\n", mp_vertexXYZ[i], mp_vertexXYZ[i+1], mp_vertexXYZ[i+2],                //  mp_vertexNorm[i], mp_vertexNorm[i+1], mp_vertexNorm[i+2],                //  tmp,                //  mp_vertexRGB[i], mp_vertexRGB[i+1],  mp_vertexRGB[i+2]);                //                //system("pause");                i += 3;            }            // read faces            i =0;            for (int iterator = 0; iterator < this->m_totalFaces; iterator++)            {                fgets(buffer,300,file);                //在面片部分，第一个数字表示此面有几个顶点构成，buffer[0] == ‘3’表示由3个顶点构成                if (buffer[0] == '3')                {                    int vertex1 = 0, vertex2 = 0, vertex3 = 0;                    buffer[0] = ' ';                    //读取构成面的三个顶点的索引                    sscanf(buffer,"%i%i%i", &vertex1,&vertex2,&vertex3 );//number of vertex eg:5,7,6                    //printf("%d, %d, %d\n", vertex1, vertex2, vertex3);//按照面的三个顶点的顺序，依次把每个面的顶点数据存储到m_ModelData中，方便后面绘制顶点                                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex1]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex1+1]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex1+2]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex2]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex2+1]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex2+2]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex3]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex3+1]);                    m_ModelData.vecFaceTriangles.push_back( mp_vertexXYZ[3*vertex3+2]);                    //方法二                    //vecFaceIndex.push_back(vertex1);                    //vecFaceIndex.push_back(vertex2);                    //vecFaceIndex.push_back(vertex3);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex1]  / 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex1+1]/ 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex1+2]/ 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex2]  / 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex2+1]/ 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex2+2]/ 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex3]  / 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex3+1]/ 255.0f);                    m_ModelData.vecFaceTriangleColors.push_back( mp_vertexRGB[3*vertex3+2]/ 255.0f);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex1]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex1+1]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex1+2]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex2]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex2+1]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex2+2]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex3]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex3+1]);                    m_ModelData.vecNormals.push_back( mp_vertexNorm[3*vertex3+2]);                    triangle_index += 9;                    m_ModelData.iTotalConnectedTriangles += 3;                }                i += 3;            }            fclose(file);            printf("%s Loaded!\n",filename);        }        else         {             printf("File can't be opened\n");         }    }       else     {        printf("File does not have a .PLY extension. ");        }       return 0;}void CPLYLoader::DrawByLine(){    if (m_ModelData.vecFaceTriangleColors.empty())    {        cout << "model data is null"<<endl;        exit(-1);    }    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);       glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);    glVertexPointer(3,GL_FLOAT, 0,m_ModelData.vecFaceTriangles.data());     glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, m_ModelData.vecNormals.data());    glDrawArrays(GL_LINES, 0, m_ModelData.iTotalConnectedTriangles);    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);        glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);}void CPLYLoader::DrawByPoint(){    if (m_ModelData.vecFaceTriangleColors.empty())    {        cout << "model data is null"<<endl;        exit(-1);    }    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);       glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);    glVertexPointer(3,GL_FLOAT, 0,m_ModelData.vecFaceTriangles.data());     glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, m_ModelData.vecNormals.data());    glDrawArrays(GL_POINTS, 0, m_ModelData.iTotalConnectedTriangles);    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);        glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);}void CPLYLoader::DrawByPolygon() //implemented in GLPainter, not called again{    if (m_ModelData.vecFaceTriangleColors.empty())    {        cout << "model data is null"<<endl;        exit(-1);    }    //需要根据你的.ply文件每个顶点是否存在以下3个属性来绘图    //假如你没有颜色属性，则读取的时候颜色相关数据为空，执行glColorPointer后可能导致绘制的图形无法显示    glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);       glEnableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);    //glEnableClientState(GL_COLOR_ARRAY);    //每3个值为一组（代表一个顶点）    glVertexPointer(3,GL_FLOAT, 0,m_ModelData.vecFaceTriangles.data());     //glColorPointer(3,GL_FLOAT,0,m_ModelData.vecFaceTriangleColors.data());    glNormalPointer(GL_FLOAT, 0, m_ModelData.vecNormals.data());    //以GK_TRIANGLES方式，即每3个顶点画一个面    glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, m_ModelData.iTotalConnectedTriangles);    glDisableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);        glDisableClientState(GL_NORMAL_ARRAY);    //glDisableClientState(GL_COLOR_ARRAY);    //方法二：    //glEnableClientState(GL_VERTEX_ARRAY);    //glVertexPointer(3, GL_FLOAT, 0, mp_vertexXYZ);    //glDrawElements(GL_TRIANGLES, m_totalFaces * 3, GL_UNSIGNED_INT, vecFaceIndex.data());}

PlyLoader.h

#ifndef PLYREADER_H_#define PLYREADER_H_#include <vector>#include <iostream>#include <GL/glut.h>#include <GL/glu.h>#include <GL/gl.h>using namespace std;struct SModelData{    vector <float> vecFaceTriangles; // = face * 9    vector <float> vecFaceTriangleColors; // = face * 9    vector <float> vecNormals; // = face * 9    int iTotalConnectedTriangles;};class CPLYLoader {public:    CPLYLoader();    int LoadModel(char *filename);    void DrawByPoint();    void DrawByLine();    void DrawByPolygon();private:    float* mp_vertexXYZ;    float* mp_vertexNorm;    float* mp_vertexRGB;    int m_totalConnectedQuads;      int m_totalConnectedPoints;    int m_totalFaces;    SModelData m_ModelData;    vector <int> vecFaceIndex;   //顶点索引};#endif

说明：

不同的.ply文件，每个顶点包含的属性值可能不一样，较简单的就只包含x y z值，复杂的还包含rgb 和法向量的值，所以绘制的时候要注意。
绘制的时候采用顶点数组的方式绘制，具体用法见3链接。
顶点数组绘图

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