PLY文件格式及其解析

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[1]（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[3]，北卡（UNC）的电厂模型[4]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。
下面这个例子是一个典型的ASCII格式的PLY文件，其所描述的是一个立方体。


ply






format ascii 1.0 ...{ 文件类型：ascii或binary，版本号 }






comment made by anonymous ... { 注释行 }






comment this file is a cube ...{ 注释行 }






element vertex 8 ...{ 定义“顶点”元素，其数量为8个 }






property float32 x ...{ 顶点的x属性，数据类型为float32 }






property float32 y ...{ 顶点的x属性，数据类型为float32 }






property float32 z ...{ 顶点的x属性，数据类型为float32 }






element face 6 ...{ 定义“面”元素，其数量为6个 }






property list uint8 int32 vertex_index ...{ 面的顶点索引属性，类型为uint8的列表 }






end_header ...{ 文件头结束标志 }






0 0 0 ...{ 顶点元素列表 }




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 ...{ 面元素列表 }




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

从这个文件的文件头可以看到，文件定义的对象由8个顶点元素和6个多边形面元素组成，其中顶点元素包括x、y、z三个属性，其在文件中均为32位浮点类型，而多边形面元素则只包括一个顶点索引列表的属性，作为一个列表属性，它包括两部分，即列表元素的数量（uint8类型）及各个列表元素（int32类型），其中每个列表属性的数据包括4个列表元素，分别表示每个多边形面的4个顶点的索引。
PLY格式支持如下的数据类型。
name type number of bytes
---------------------------------------
int8 character 1
uint8 unsigned character 1
int16 short integer 2
uint16 unsigned short integer 2
int32 integer 4
uint32 unsigned integer 4
float32 single-precision float 4
float64 double-precision float 8
但是需要注意，由于PLY格式的开放性，有些PLY文件的解析程序不支持全部的数据类型，也有的PLY文件采用自定义的数据类型，这些都有可能导致文件解析过程的失败。（我在一次将PLY文件加载到Ogre应用的时候，出于测试的目的手动写了一个PLY文件，加载总是失败，反复查找才发现原来是文件中写的顶点格式为uint32，加载程序根本不支持。）
对于元素的属性定义方式，PLY允许单一属性定义：
property <data-type> <property-name-1>
以及列表属性方式：
property list <numerical-type> <numerical-type> <property-name>
其中第一个数据类型描述列表元素数量，第二个数据类型描述每个列表元素。
除了顶点和多边形面两种基本元素外，PLY文件格式允许使用自定义的元素和元素属性，称为Other Element和Other Property。只要遵循文件格式中对元素及元素属性的格式定义，就能够被正常的解析，这也是PLY格式所具备的灵活性特色。

PLY文件格式的规范及其解析的源代码都是开放的，可以从参考文献中找到相关的下载。最著名的就是Greg Turk在1994年发布的解析代码，Turk似乎也是PLY格式的开发者之一，因为我参考的“The PLY Polygon File Format”就是他写的。我现在用的就是Turk的代码，很方便也挺稳定的，有机会会把结构分析一下。

参考文献
1．The Stanford 3D Scanning Repository
2．MAC+PC+UNIX PLY reading/writing
3. Large Geometry Models Archieve
4. Power Plant Model
5. The PLY Polygon File Format