同时c3d4sharp落成得比较不难,在某些非IEEE754标准的统计机爆发的二进制文件中

【题外话】

【题外话】

近年来实验室要自我修改C3D(The 3D Biomechanics Data
Standard)文件,纵然从网上找到了一个叫c3d4sharp的类库,那么些类库单纯读取C3D文件的话还是可以,可是假若要兑现修改或者成立C3D文件就比较麻烦了。同时c3d4sharp已毕得相比较简单,很多C3D文件里部分数据都不辅助。好在C3D文件总体不是很复杂,于是我就起来重新写了一个C3D文件读写的库,现在在codeplex上创建了个类型叫C3D.NET

前不久在做C3D文件的剖析,好奇怪的是文本中如故存储了CPU的体系,原本不敢苟同,结果后来读取一个文本发现浮点数全体读取错误。查了下发现即便在上世纪80年间就提议了IEEE754要统一浮点数标准,然则到现行仍然有处理器应用分化方法存储浮点数。在少数非IEEE754标准的电脑暴发的二进制文件中,若是得到其余总括机中读取,借使不举行专门的转移,可能导致数据失实等题材。

 

 

【小说索引】

【小说索引】

  1. C3D文件格式的构造
  2. C3D文件头的布局
  3. C3D文件参数集合的结构
  4. C3D文件数量区域的协会
  5. 选取C3D.NET读写文件示例
  1. IEEE754标准浮点数字的积存详解
  2. VAX及IBM浮点数字的囤积和转移
  3. 双精度浮点数的处理

 

 

【一、C3D文件格式的布局】

【一、IEEE754标准浮点数字的积存详解】

首先说C3D文件全部不是很复杂,也并未过多长短不一的定义,C3D的文档格式可以从其官网下载或在线阅读。首先C3D文件是以Section为单位存储的,每一个Section固定为512字节。Section一定是按顺序存储的,不过有意思的是,Section的序号是从1起先的,而不是0。C3D文件分为三部分,分别是Section
ID = 1的C3D文件头(固定为一个Section,512字节),Section
ID一般等于2(在文件头内会交到)的C3D参数集合以及Section
ID不晓得等于几(在文件头和参数集合中都会付出)的C3D数据部分。

对于x86等广泛的CPU,都是使用IEEE754存储和统计浮点型的,当然在.NET平马赛浮点型也是IEEE754标准的。首先想起下本科时学过的微处理器组成原理,查了下课本发现是之类介绍IEEE754浮点数的囤积的(唐朔飞版课本233页):

不过C3D也有很复杂的地方,一个是有关整型的采纳,可以选用应用有号子的(Int16),也得以使用无符号的(UInt16),只可是后者能积存的数据量要多一些罢了,既然那样,不知为什么当初还要选用有号子的整型。而且最重点的是,文档内并未别的标识能提出文档使用的是何种整型。官方给出的解决措施是,能够根据例如帧总数、帧索引等看清,假如读出负数,则选拔无符号的,否则接纳有记号的。

图片 1

另一个是C3D文件能在不相同体系的CPU上生成,那突显于差距CPU可能利用的字节序(Endian)和浮点数字不一样,比如我们用的CPU都是采纳Little-Endian以及IEEE754的浮点数标准。从网上查还发现有DEC
(VAX)以及IBM等CPU拔取不一样的浮点数标准,详见我事先一篇小说:http://www.cnblogs.com/mayswind/p/3365594.html。而C3D则是扶助3类CPU,IntelCPU选用Little-Endian以及IEEE754标准的浮点数,DEC
(VAX)接纳的Little-Endian以及故意的浮点数,MIPS
(SGI)选用的Big-Endian以及IEEE754标准的浮点数,所以在读取文档的时候可能须求额外开展处理,在第一节会详细表达。

其中,S为数符,它代表浮点数的正负,但与其卓有成效位(尾数)是分其余。阶码用移码表示,阶码的真值都被增进一个常数(偏移量),如短实数、长实数和暂时实数的偏移量用十六进制表示分别为7FH、3FFH和3FFFH。最终多少个部分常见都是规格化表示,即非“0”的有用位最高位三番两回1。

 

以单精度浮点数为例,假诺字节查算命应是之类这些样子的,数符占第1字节的第1位,阶码占第1字节的后7位及第二字节的第1位,其他都是尾数。

【二、C3D文件头的布局】

SEF      S        EEEEEEEE        FFFFFFF        FFFFFFFF        FFFFFFFF
bits     1        2      9        10                                    32
bytes    byte1           byte2                   byte3           byte4

率先来说第一局地,也就是C3D的文本头,C3D的公文头一定只占1个Section,即一定的512字节,所以倘诺读取前512字节就足以把全部头数据获得到了。即便种种Section有512字节之多,可是对于C3D的公文头只占了很少的一片段,在文件头中有大批量空手的区域。其中第一部分是文件头参数部分,内容如下:

设若设数符为S,阶码为E,尾数的小数部分为F,那么可以经过位运算获得那三位:

图片 2

Double S = (byte1 & 0x80) >> 7;
Double E = ((byte1 & 0x7F) << 1) + ((byte2 & 0x80) >> 7);
Double F = ((byte2 & 0x7F) << 16) + (byte3 << 8) + byte4;
字节 类型 说明
00H Byte 参数集合开始的Section ID(通常为0x02,但也不一定)
01H Byte 文件标识(固定为0x50)
02H-03H Int16 每帧里3D坐标点的个数
04H-05H Int16 每帧里模拟测量的个数
06H-07H Int16 第1帧的序号(最小为1)
08H-09H Int16 最后1帧的序号
0AH-0BH Int16 最大插值差距
0CH-0FH Single 比例因子(正数表示存储的帧为整数帧,负数为浮点帧)
10H-11H Int16  数据区域开始的Section ID
12H-13H Int16 每帧模拟采样个数
14H-17H Single 帧率

由于阶码用移码表示,所以实际的阶码则是E –
0x7F。而尾数由于是规格化的象征,即将尾数规范成为(1.FFFFF……FF)2,但只存小数点之后的一对。由于1
/ 2 + 1 / 4 + 1 / 8 + … + 1 / n = 1 – 1 /
2n,所以可以尾数M(M = 1.0 + F)的限定为1 <= M <= 2 – 1
/ 223

在此之后的第二片段,也就是储存的轩然大波,听上去应该占很多字节,可是由于限制了事件数量最多不可能跨越18个,同时事件名称最长为4字节,所以事件部分也只占很少的半空中。由于C3D紧如果为了记录运动的数量,可能在其中有好多相比紧要的地点,事件就是用来标记出那些地点的。一个风浪包涵三个内容,分别是最长四字节的轩然大波名称、一字节的轩然大波是否应该显示的境况以及一个四字节的单精度浮点数表示事件出现的时刻。

据此可因而如下的公式来统计浮点数的值,其中,C是尾数规范化后减去的常量,B是移码的偏移量,可见A、B、C分别为A
= 2、B = 0x7F以及C = 1.0。

字节 类型 说明
12AH-12BH Int16 事件名是否支持4字节(支持为0x3039,不支持为0)
12CH-12DH Int16 事件数量(最大为18)
130H-176H Single[] 按事件顺序存储的每个事件发生的时间(第1个帧为0.0s)
178H-188H Byte[] 按事件顺序存储的每个事件是否应该显示(1为显示,0为不显示)
18CH-1D2H Char[] 按事件顺序存储的每个事件的名称(每个事件占4字节)
V = (-1)^S * (F + C) * A^(E - B)

 

可知,浮点数就不存在0的定义了,所以不得不用极端小来表示,同时为了表示无穷大,规定E取值范围为0
< E < 0xFF,即-0x7F < (E – B) < 0x80。

【三、C3D文件参数集合的布局】 

由此,当E = 0xFF时,指数最大,规定F = 0时为无穷值,其中又有S =
0为正无穷以及S = 1为负无穷;而F != 0时为无用数字(NaN)。

C3D文件存储了大量的参数,其行使了类似目录的主意存储了参数,不过还好唯有一流。即参数部分唯有参数组和参数,并且每个参数组里只好有参数不可能再包括参数组,每个参数必须在一个参数组内。参数集合伊始于文件头中的首先个字节表示的Section
ID,平时为2,不过也不自然,有的文件会在文书头后留出空白,然后参数集合起先的Section
ID就延迟了。所以判断是否为C3D文件千万不要一起始读进去个Int16然后判断是不是0x5002,而迟早要咬定第两个字节是不是0x50,确定参数集合的岗位也必定要按照文件的第一字节来。

当E = 0时,指数最小,规定F = 0时为0,其中又有S = 0为正0以及S = 1时为-0。

而对于参数集合,起头的4字节定义如下:

可是表示格外小的数字,允许当E = 0时非规范化的最后多少个存在。即当E = 0且F
!=0时,V = (-1)^S * F * A^-126。

字节 类型 说明
00H Byte 第一个参数所在的Section在整个参数集合中的位置(通常为0x01,说明开头4字节之后就是第一个参数)
01H Byte 参数集合部分标识(固定为0x50)
02H Byte 参数集合所占Section数量
03H Byte 生成文件的CPU类型(0x54为Intel,0x55为DEC (VAX, PDP-11),0x56为MIPS (SGI/MIPS))
二进制表示 十六进制表示 含义 十进制表示
0 11111111 00000000000000000000000 7F 80 00 00 正无穷 +∞ 
1 11111111 00000000000000000000000 FF 80 00 00 负无穷 -∞ 
0 00000000 00000000000000000000000 00 00 00 00 +0 0
1 00000000 00000000000000000000000 80 00 00 00 -0 0
0 00000000 00000000000000000000001 00 00 00 01  最小正数  1.401298E-45
0 11111110 11111111111111111111111 7F 7F FF FF 最大值 3.402823E+38
1 11111110 11111111111111111111111 FF 7F FF FF 最小值 -3.402823E+38
0 01111111 00000000000000000000000 3F 80 00 00 +1 1

里头前2个字节官方说一贯忽略就行,但是为了合作在写入的时候照旧要写进去的。第3字节其实大家按顺序读到头也不必要那几个数目。那里面首要的是CPU类型,由于不同CPU类型选拔的字节序以及存储的浮点数字有所不同,所以大家还亟需基于CPU类型举办相应的拍卖。

而二进制小数转十进制小数的测算可以直接按整数的更换到做,然后除以2n即可,n在此地实在就是最后几个的尺寸,为23。

对此英特尔和DEC生成的文档,都是应用Little-Endian字节序存储的文档,所以一定要利用Little-Endian来读取Int16、Single等品种;而MIPS则采纳的Big-Endian字节序存储文档,所以在读取的时候一定要判断当前电脑默许的字节序以及文档采纳的字节序。

据此,有了以上的那一个新闻,大家就足以将浮点数字与字节数组互相转换了(本文假定给定的字节数组都是Litten-Endian):

而对于Intel和MIPS生成的文档,对于浮点数字的积存都是利用专业的IEEE754浮点数字,对于.NET而言不要求开展其余处理;而DEC生成的文档则运用特有浮点数,要求将4个字节全体读取未来再展开卓殊的转移,转换方法见我后面的篇章:http://www.cnblogs.com/mayswind/p/3365594.html

 1 Single ToSingle(Byte[] data)
 2 {
 3     Double a = 2.0;
 4     Double b = 127.0;
 5     Double c = 1.0;
 6     Double d = -126.0;
 7 
 8     Byte byte1 = data[3];
 9     Byte byte2 = data[2];
10     Byte byte3 = data[1];
11     Byte byte4 = data[0];
12 
13     Double s = (byte1 & 0x80) >> 7;
14     Double e = ((byte1 & 0x7F) << 1) + ((byte2 & 0x80) >> 7);
15     Double f = ((byte2 & 0x7F) << 16) + (byte3 << 8) + byte4;
16     Double m = f / Math.Pow(2, 23);
17 
18     if (e == 0xFF && f == 0) return (s == 0 ? Single.PositiveInfinity : Single.NegativeInfinity);
19     if (e == 0xFF && f != 0) return Single.NaN;
20     if (e == 0x00 && f == 0) return 0;
21     if (e == 0x00 && f != 0) return (Single)((s == 0 ? 1.0 : -1.0) * m * Math.Pow(a, d));
22 
23     return (Single)((s == 0 ? 1.0 : -1.0) * (c + m) * Math.Pow(a, e - b));
24 }
25 
26 Byte[] GetBytes(Single num)
27 {
28     Double a = 2.0;
29     Double b = 127.0;
30     Double c = 1.0;
31     Double d = Math.Log(2);
32 
33     Int32 s = (num >= 0 ? 0 : 1);
34 
35     Double v = Math.Abs(num);
36     Int32 e = (Int32)(Math.Log(v) / d + b);
37 
38     Double m = (v / Math.Pow(a, e - b)) - c;
39     Int32 f = (Int32)(m * Math.Pow(2, 23));
40 
41     Byte[] data = new Byte[4];
42     data[3] = (Byte)((s << 7) + ((e & 0xFE) >> 1));
43     data[2] = (Byte)(((e & 0x01) << 7) + ((f & 0x007F0000) >> 16));
44     data[1] = (Byte)((f & 0x0000FF00) >> 8);
45     data[0] = (Byte)(f & 0x000000FF);
46 
47     return data;
48 }

在此之下就存储着富有的参数了,参数分为两类,分别是参数组和参数。

上述的浮点数转字节数组无法扶助NaN和非规范化的情景,当然也足以友善看清下。当然了,下面说了如此多仍然为着介绍上边二种浮点数做铺垫。如果达成系统浮点数与字节数组转换的话,用上边那种方式转换就不如用System.BitConverter来的造福了。

对此参数组,要存储以下6个内容:

 

字节 类型 说明
00H SByte 参数组名称长度(如果为负数则表示该参数组锁定请不要修改,而长度为绝对值)
01H SByte 参数组ID的负数
02H – … Char[] 参数组名称(仅包含大写字母、0-9以及下划线_)
… + 1 – … + 2 Int16 下一参数组/参数的偏移(包含本内容的2字节)
… + 3 Byte 参数组描述长度
… + 4 –  Char[] 参数组描述内容(ASCII码)

【二、VAX及IBM浮点数字的存储和更换】

C3D文件并未确定一个参数组前面跟另一个参数组照旧跟该参数组里的有着参数,所以读取的时候要小心下。而参数的情节则与参数组基本等同,只是在下一参数组/参数的偏移与参数组描述长度之间存放着该参数的实在多少罢了,由于地方描述起来太难为了,那里就不写了。

率先如故按字节看下VAX和IBM浮点型的蕴藏:

字节

VAX单精度浮点:

类型

SEF         S        EEEEEEEE        FFFFFFF        FFFFFFFF        FFFFFFFF
bits        1        2      9        10                                    32
bytes       byte2           byte3                   byte0           byte1

说明

IBM单精度浮点:

以前的情节

SEF         S        EEEEEEE        FFFFFFFF        FFFFFFFF        FFFFFFFF
bits        1        2     8        9                                      32
bytes       byte1                   byte2           byte3           byte4

 

很是有意思的是,VAX存储的布局并不是按顺序存储的,而是选择了一种叫做Middle-Endian的积存形式来囤积(并非字节序):对于四字节而言其顺序就是2301,八字节为23016745,十六字节为23016745AB89EFCD。然而全部来说,VAX浮点型与IEEE754照旧很接近的,比如VAX也要拓展规范化,但是其正式成为(0.1FFFFF..FF)2,所以上述的C就为0.5,其尾数M的界定即为1/2
<= M <= 1 – 1 /
224;而同时其也并不曾规定无穷大,不需求单独为无限大留出最大的阶码,所以上述的B为0x80。

Int16

而IBM单精度浮点则与上述三种差别更大。首先其阶码并不是8位,而是7位,由于依旧选择移码存储的阶码,所以其缩减的不可以是127或者128,而是64,所以其与VAX一样,也绝非无穷值的表示。除此之外,其也不是以2为底总括阶码的,而是以16为底,并且其并未规范化尾数的渴求(当然那也与其以16为底有关),所以不须求对尾数举办加减运算,其范围为1/16
<= M <= 1- 1 / 224

下一参数组/参数的晃动(包括本内容的2字节)

以下是兑现VAX浮点字节数组与系统浮点数字互相转化的类:

 

图片 3图片 4

Byte

 1 using System;
 2 
 3 namespace DotMaysWind.Numerics
 4 {
 5     /// <summary>
 6     /// VAX单精度浮点数字
 7     /// </summary>
 8     /// <remarks>
 9     /// SEF         S        EEEEEEEE        FFFFFFF        FFFFFFFF        FFFFFFFF
10     /// bits        1        2      9        10                                    32          
11     /// bytes       byte2           byte1                   byte4           byte3
12     /// </remarks>
13     public struct VAXSingle
14     {
15         #region 常量
16         private const Int32 LENGTH = 4;
17         private const Double BASE = 2.0;
18         private const Double EXPONENT_BIAS = 128.0;
19         private const Double MANTISSA_CONSTANT = 0.5;
20         private const Double E24 = 16777216.0;
21         #endregion
22 
23         #region 字段
24         private Byte[] _data;
25         #endregion
26 
27         #region 构造方法
28         /// <summary>
29         /// 初始化新的VAX单精度浮点数字
30         /// </summary>
31         /// <param name="data">VAX单精度浮点数字字节数组</param>
32         /// <param name="startIndex">数据起始位置</param>
33         public VAXSingle(Byte[] data, Int32 startIndex)
34         {
35             this._data = new Byte[VAXSingle.LENGTH];
36             Array.Copy(data, startIndex, this._data, 0, VAXSingle.LENGTH);
37         }
38 
39         /// <summary>
40         /// 初始化新的VAX单精度浮点数字
41         /// </summary>
42         /// <param name="num">系统标准的单精度浮点数字</param>
43         public VAXSingle(Single num)
44         {
45             Int32 s = (num >= 0 ? 0 : 1);
46 
47             Double v = Math.Abs(num);
48             Int32 e = (Int32)(Math.Log(v) / Math.Log(2.0) + 1.0 + VAXSingle.EXPONENT_BIAS);
49 
50             Double m = (v / Math.Pow(VAXSingle.BASE, e - VAXSingle.EXPONENT_BIAS)) - VAXSingle.MANTISSA_CONSTANT;
51             Int32 f = (Int32)(m * VAXSingle.E24);
52 
53             this._data = new Byte[VAXSingle.LENGTH];
54             this._data[1] = (Byte)((s << 7) + ((e & 0xFE) >> 1));
55             this._data[0] = (Byte)(((e & 0x01) << 7) + ((f & 0x007F0000) >> 16));
56             this._data[3] = (Byte)((f & 0x0000FF00) >> 8);
57             this._data[2] = (Byte)(f & 0x000000FF);
58         }
59         #endregion
60 
61         #region 方法
62         /// <summary>
63         /// 获取系统标准的单精度浮点数字
64         /// </summary>
65         /// <returns>系统标准的单精度浮点数字</returns>
66         public Single ToSingle()
67         {
68             Byte b1 = this._data[1];
69             Byte b2 = this._data[0];
70             Byte b3 = this._data[3];
71             Byte b4 = this._data[2];
72 
73             Double s = (b1 & 0x80) >> 7;
74             Double e = ((b1 & 0x7F) << 1) + ((b2 & 0x80) >> 7);
75             Double f = ((b2 & 0x7F) << 16) + (b3 << 8) + b4;
76             Double m = f / VAXSingle.E24;
77 
78             if (e == 0 && s == 0) return 0;
79             if (e == 0 && s == 1) return Single.NaN;
80 
81             return (Single)((s == 0 ? 1.0 : -1.0) * (VAXSingle.MANTISSA_CONSTANT + m) * Math.Pow(VAXSingle.BASE, e - VAXSingle.EXPONENT_BIAS));
82         }
83 
84         /// <summary>
85         /// 获取VAX单精度浮点数据字节数组
86         /// </summary>
87         /// <returns>字节数组</returns>
88         public Byte[] ToArray()
89         {
90             Byte[] data = new Byte[VAXSingle.LENGTH];
91 
92             Array.Copy(this._data, data, VAXSingle.LENGTH);
93 
94             return data;
95         }
96         #endregion
97     }
98 }

参数存放内容的连串(-1 Char,1 Byte,2
Int16,4 Single),相对值即为长度

View Code

 

以下是得以完成IBM浮点字节数组与系统浮点数字互相转化的类:

Byte

图片 5图片 6

参数内容维数(0-3)

 1 using System;
 2 
 3 namespace DotMaysWind.Numerics
 4 {
 5     /// <summary>
 6     /// IBM单精度浮点数字
 7     /// </summary>
 8     /// <remarks>
 9     /// SEF         S        EEEEEEE        FFFFFFFF        FFFFFFFF        FFFFFFFF
10     /// bits        1        2     8        9                                      32
11     /// bytes       byte1                   byte2           byte3           byte4
12     /// </remarks>
13     public struct IBMSingle
14     {
15         #region 常量
16         private const Int32 LENGTH = 4;
17         private const Double BASE = 16.0;
18         private const Double EXPONENT_BIAS = 64.0;
19         private const Double E24 = 16777216.0;
20         #endregion
21 
22         #region 字段
23         private Byte[] _data;
24         #endregion
25 
26         #region 构造方法
27         /// <summary>
28         /// 初始化新的IBM单精度浮点数字
29         /// </summary>
30         /// <param name="data">IBM单精度浮点数字字节数组</param>
31         /// <param name="startIndex">数据起始位置</param>
32         public IBMSingle(Byte[] data, Int32 startIndex)
33         {
34             this._data = new Byte[IBMSingle.LENGTH];
35             Array.Copy(data, startIndex, this._data, 0, IBMSingle.LENGTH);
36         }
37 
38         /// <summary>
39         /// 初始化新的IBM单精度浮点数字
40         /// </summary>
41         /// <param name="num">系统标准的单精度浮点数字</param>
42         public IBMSingle(Single num)
43         {
44             Int32 s = (num >= 0 ? 0 : 1);
45 
46             Double v = Math.Abs(num);
47             Int32 e = (Int32)(Math.Log(v) / Math.Log(2.0) / 4.0 + 1.0 + IBMSingle.EXPONENT_BIAS);
48 
49             Double m = (v / Math.Pow(IBMSingle.BASE, e - IBMSingle.EXPONENT_BIAS));
50             Int32 f = (Int32)(m * IBMSingle.E24);
51 
52             this._data = new Byte[IBMSingle.LENGTH];
53             this._data[3] = (Byte)(s + e);
54             this._data[2] = (Byte)((f & 0x00FF0000) >> 16);
55             this._data[1] = (Byte)((f & 0x0000FF00) >> 8);
56             this._data[0] = (Byte)(f & 0x000000FF);
57         }
58         #endregion
59 
60         #region 方法
61         /// <summary>
62         /// 获取系统标准的单精度浮点数字
63         /// </summary>
64         /// <returns>系统标准的单精度浮点数字</returns>
65         public Single ToSingle()
66         {
67             Byte b1 = this._data[3];
68             Byte b2 = this._data[2];
69             Byte b3 = this._data[1];
70             Byte b4 = this._data[0];
71 
72             Double s = (b1 & 0x80) >> 7;
73             Double e = (b1 & 0x7F);
74             Double f = (b2 << 16) + (b3 << 8) + b4;
75             Double m = f / IBMSingle.E24;
76 
77             if (e == 0 && f == 0 && s == 0) return 0;
78 
79             return (Single)((s == 0 ? 1.0 : -1.0) * m * Math.Pow(IBMSingle.BASE, e - IBMSingle.EXPONENT_BIAS));
80         }
81 
82         /// <summary>
83         /// 获取IBM单精度浮点数据字节数组
84         /// </summary>
85         /// <returns>字节数组</returns>
86         public Byte[] ToArray()
87         {
88             Byte[] data = new Byte[IBMSingle.LENGTH];
89 
90             Array.Copy(this._data, data, IBMSingle.LENGTH);
91 
92             return data;
93         }
94         #endregion
95     }
96 }

 

View Code

Byte[]

 

参数每一维大小(假若维数为0,就从未此部分)

【三、双精度浮点数的拍卖】

 

双精度浮点数与单精度浮点数类似,只然而会扩大阶码和最终多少个的限制罢了。对于IEEE754的双精度浮点而言,不仅尾数的位数扩大,还会增多阶码的最终多少个,字节存储如下:

Byte[] 

SEF    S     EEEEEEE EEEE  FFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF
bits   1     2          12 13                                                       64
bytes  byte1         byte2      byte3    byte4    byte5    byte6    byte7    byte8

参数实际内容

足见,其阶码扩大了3位,即最大值是本来翻了3翻,为1024。而为了保证能代表无穷值,所以B为1023。除此之外只必要多读取前面扩张的尾数即可,步骤与单精度基本相同。

 

而对此VAX和IBM的双精度浮点,更是没有伸张阶码的界定,而只是扩大了最终多少个的界定,使得只要多读取扩张的4位最后多少个即可,而常数A、B、C更是无需修改。两者字节存储如下:

Byte

VAX双精度浮点:

参数组描述长度

SEF    S     EEEEEEEE     FFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF
bits   1     2      9     10                                                          64
bytes  byte2        byte3         byte0    byte1    byte6    byte7    byte4    byte5

此后的内容

IBM双精度浮点:

那边必要证实的就是,由于参数可以存放数组,所以扩大了维数的标识,即当维数为0时,存放的情节为Char、Byte、Int16、Single等转移出的字节数组;而当维数为1时,存放的为Char[]、Byte[]、Int16[]、Single[]等转移出的字节数组,以此类推。而对数组的仓储,其实就是数组每个元素依次举行仓储,而对于多维数组,则是按行优先开展仓储的,比如三维数组,先存储Data[0,0,1]再存储Data[0,0,2],依次类推。

SEF    S     EEEEEEE  FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF FFFFFFFF
bits   1     2     8  9                                                            64
bytes  byte1          byte2    byte3    byte4    byte5    byte6    byte7    byte8

然则必要表达的是,对于Char[]以及Char[,]那三种,借使表示的话实际应该相应的是String以及String[]。

 

 

【相关链接】

【四、C3D文件数量区域的构造】

  1. Transform between IEEE, IBM or VAX floating point number formats and
    bytes
    expressions:http://www.codeproject.com/Articles/12363/Transform-between-IEEE-IBM-or-VAX-floating-point-n
  2. VAX F_FLOAT and D_FLOAT to IEEE T_FLOAT and S_FLOAT
    (double):http://yaadc.blogspot.com/2013/01/vax-ffloat-and-dfloat-to-ieee-tfloat.html
  3. IEEE
    Arithmetic:http://docs.oracle.com/cd/E19957-01/806-3568/ncg_math.html
  4. Floating-Point:http://andromeda.rutgers.edu/~dupre/231/lecture13.doc
  5. IBM Floating Point
    Architecture:http://en.wikipedia.org/wiki/IBM_Floating_Point_Architecture
  6. VAX floating point to
    Decimal:http://arstechnica.com/civis/viewtopic.php?f=20&t=171682

C3D数据区域以帧为单位寄放的,其实一定于这么些区域就是一个帧的集纳。而C3D帧其实分为二种,一种是整数帧,而另一种是浮点帧。那二者的分别在于,前者存储的兼具内容都是Int16,而后人则为Single,除此之外,前者的3D坐标点(X、Y、Z)还亟需倍加比(Gaby)例因子才方可,而后者存储的内容相当于已经乘以了百分比因子了。

数据区域先河于参数集合中的”POINT”参数组中的”DATA_START”参数,其表示数据区域初步的Section
ID,除此之外,在文书头中也有一份副本。不过根据官方的传道,倘诺文件头和参数集合中都有的内容,优先读取参数集合中的数据。

对于每个帧,又带有七个部分,第一有些为3D坐标点部分,第二有的为仿照采样部分。

  • 对此每帧的3D坐标点部分,存储着该帧所有3D坐标点的多寡,每个3D坐标点包括4个Int16或Single数据,分别是X坐标、Y坐标、Z坐标以及Residual和Camera
    Mask,其中Residual和Camera
    Mask共占一个Int16。相比较有意思的是,对于浮点帧,Residual和Camera
    Mask仍旧也仍旧一个Int16,只然则存储的时候要将相应的数值转换为Single再展开仓储。

    • 对于浮点帧,存储的X、Y、Z坐标就是其实的坐标;而对此整数帧,存储的X、Y、Z的坐标还索要倍加比(Gaby)例因子才得以,比例因子存储于参数集合中的”POINT”参数组中的”SCALE”参数。
    • Residual和Camera
      Mask共占一个Int16,将其转移为字节数组之后,高位字节(第1个字节)的万丈位代表Residual的符号,即意味着该坐标点是否可行,若是为0则象征有效,假若为1则代表无效,而剩余的7个字节则为Camera
      Mask,每一位表示一个视频机,从没有到高位分别代表7个视频机是否使用(为1为运用,为0为未使用)。而Residual的真人真事数据则为字节数组的第0字节乘以比例因子(浮点帧则为比例因子的相对值)。
  • 而模仿采样部分,则存储着该帧所有的亦步亦趋采样的数目,可是每个帧可能含有多个模拟采样,同时每个模仿采样可能又饱含多少个channel,存储的数据即为该channel下记录的数量。但是存储的数量与事实上的数目还亟需基于下述公式进行折算,其中data
    value为存储的数码,real world value为实际的数额。

    • zero
      offset可以从”ANALOG”参数组中的”OFFSET”中取得,该数额为Int16的数组,第i位指的就是第i个channel的zero
      offset。
    • channel
      scale可以从”ANALOG”参数组中的”SCALE”中拿走,该数据为Single的数组,第i位指的就是dii个channel的scale。
    • general
      scale是有所模拟采样都亟待倍加的百分比,该数量可以从”ANALOG”参数组中的”GEN_SCALE”中获取,为Single。

    real world value = (data value – zero offset) channel scale general scale

 

【五、使用C3D.NET读写文件示例】

眼前说了那般多,其实只要用C3D.NET来分析的话实际是相当不难的。我们可以从https://c3d.codeplex.com/下载C3D.NET的二进制文件或者源码,引用后主要的类都在C3D那些命名空间下。

对此遍历所有的3D坐标可以行使以下的不二法门,首先可以从文件或者从流中创立C3D文件,然后从文件头中读取存储的第1帧的序号,然后读取采样点的多少就能够了,当然也足以不从参数组中读取,直接使用file.AllFrames[i].Point3Ds.Length也可以:

 1 C3DFile file = C3DFile.LoadFromFile("文件路径");
 2 Int16 firstFrameIndex = file.Header.FirstFrameIndex;
 3 Int16 pointCount = file.Parameters["POINT:USED"].GetData<Int16>();
 4 
 5 for (Int16 i = 0; i < file.AllFrames.Count; i++)
 6 {
 7     for (Int16 j = 0; j < pointCount; j++)
 8     {
 9         Console.WriteLine("Frame {0} : X = {1}, Y = {2}, Z = {3}",
10             firstFrameIndex + i,
11             file.AllFrames[i].Point3Ds[j].X,
12             file.AllFrames[i].Point3Ds[j].Y ,
13             file.AllFrames[i].Point3Ds[j].Z);
14     }
15 }

而读取模拟采样的话,选用的章程也相近:

 1 Single frameRate = file.Parameters["POINT", "RATE"].GetData<Single>();
 2 Int16 analogChannelCount = file.Parameters["ANALOG", "USED"].GetData<Int16>();
 3 Int16 analogSamplesPerFrame = (Int16)(file.Parameters["ANALOG", "RATE"].GetData<Int16>() / frameRate);
 4 
 5 for (Int16 i = 0; i < file.AllFrames.Count; i++)
 6 {
 7     for (Int16 j = 0; j < analogChannelCount; j++)
 8     {
 9         for (Int16 k = 0; k < analogSamplesPerFrame; k++)
10         {
11             Console.WriteLine("Frame {0}, Sample {1} : {2}",
12                 firstFrameIndex + i, j + 1,
13                 file.AllFrames[i].AnalogSamples[j][k]);
14         }
15     }
16 }

而外一回性将C3D文件内容全方位读取出来的那种形式以外,还是能利用C3DReader来一帧一帧的读取。

 1 using (FileStream fs = new FileStream("文件路径", FileMode.Open, FileAccess.Read))
 2 {
 3     C3DReader reader = new C3DReader(fs);
 4     C3DHeader header = reader.ReadHeader();
 5     C3DParameterDictionary dictionary = reader.ReadParameters();
 6     Int32 index = header.FirstFrameIndex;
 7 
 8     while (true)
 9     {
10         C3DFrame frame = reader.ReadNextFrame(dictionary);
11 
12         if (frame == null)
13         {
14             break;
15         }
16 
17         for (Int16 j = 0; j < frame.Point3Ds.Length; j++)
18         {
19             Console.WriteLine("Frame {0} : X = {1}, Y = {2}, Z = {3}",
20                 index++,
21                 frame.Point3Ds[j].X,
22                 frame.Point3Ds[j].Y,
23                 frame.Point3Ds[j].Z);
24         }
25     }
26 }

对此开创一个C3D文件,只须求选取C3DFile.Create()就可以成立一个空的C3D文件的,不带有其余的参数集合。而保存C3D文件则平素动用file.SaveTo(“文件路径”)就可以了。

对此拉长参数集合可以采用以下的代码:

1 //首先需要添加参数集合,ID为正数
2 file.Parameters.AddGroup(1, "POINT", "");
3 //然后往指定ID的参数集合中添加参数即可
4 file.Parameters[1].Add("USED", "").SetData<Int16>(5);

添加帧可以应用如下的代码:

1 file.AllFrames.Add(new C3DFrame(new C3DPoint3DData[] {
2     new C3DPoint3DData() { X = x, Y = y, Z = z, Residual = residual, CameraMask = cameraMask},
3     new C3DPoint3DData() { X = x, Y = y, Z = z, Residual = residual, CameraMask = cameraMask},
4     new C3DPoint3DData() { X = x, Y = y, Z = z, Residual = residual, CameraMask = cameraMask},
5     new C3DPoint3DData() { X = x, Y = y, Z = z, Residual = residual, CameraMask = cameraMask},
6     new C3DPoint3DData() { X = x, Y = y, Z = z, Residual = residual, CameraMask = cameraMask} }));

当然,也足以将C3DPoint3DData数组换成C3DAnalog山姆(Sam)ples数组,或者两者同时足够也得以。

 

【相关链接】

  1. C3D.ORG:http://www.c3d.org/
  2. c3d4sharp – C3D File reading/writing tools written in
    C#:http://code.google.com/p/c3d4sharp/
  3. C3D.NET:https://c3d.codeplex.com/

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