本来在.NET平马赛浮点型也是IEEE754标准的,同时c3d4sharp实现得相比简单

【题外话】

【题外话】

多年来实验室要本人修改C3D(The 3D Biomechanics Data
Standard)文件,即便从网上找到了一个叫c3d4sharp的类库,这些类库单纯读取C3D文件的话还足以,然则假若要实现修改或者创立C3D文件就比较劳顿了。同时c3d4sharp实现得相比较简单,很多C3D文件里部分数据都不协理。好在C3D文件总体不是很复杂,于是我就起始重新写了一个C3D文件读写的库,现在在codeplex上成立了个档次叫C3D.NET

近年在做C3D文件的辨析,好奇怪的是文本中甚至存储了CPU的体系,原本不以为然,结果后来读取一个文书发现浮点数全体读取错误。查了下发现即便在上世纪80年代就提出了IEEE754要合并浮点数标准,不过到后日依旧有电脑应用不同模式存储浮点数。在某些非IEEE754标准的处理器发生的二进制文件中,如若得到另外电脑中读取,假使不开展专门的转换,可能造成数据失实等题材。

 

 

【著作索引】

【著作索引】

  1. C3D文件格式的布局
  2. C3D文件头的结构
  3. C3D文件参数集合的构造
  4. C3D文件数量区域的布局
  5. 使用C3D.NET读写文件示例
  1. IEEE754标准浮点数字的囤积详解
  2. VAX及IBM浮点数字的存储和更换
  3. 双精度浮点数的处理

 

 

【一、C3D文件格式的社团】

【一、IEEE754标准浮点数字的囤积详解】

第一说C3D文件全体不是很复杂,也绝非过多繁杂的定义,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最先的,而不是0。C3D文件分为三有的,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(在文书头内会付给)的C3D参数集合以及Section
ID不明了等于几(在文件头和参数集合中都会付出)的C3D数据部分。

对此x86等科普的CPU,都是运用IEEE754存储和总结浮点型的,当然在.NET平沈阳浮点型也是IEEE754标准的。首先回顾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浮点数的储存的(唐朔飞版课本233页):

可是C3D也有很复杂的地点,一个是有关整型的应用,可以应用应用有记号的(Int16),也可以利用无符号的(UInt16),只不过后者能积存的数据量要多一些罢了,既然这样,不知为啥当初还要接纳有记号的整型。而且最关键的是,文档内尚未此外标识能指出文档使用的是何种整型。官方给出的缓解方法是,可以按照例如帧总数、帧索引等判定,假如读出负数,则利用无符号的,否则接纳有标志的。

图片 1

另一个是C3D文件能在不同类此外CPU上扭转,这表现于不同CPU可能利用的字节序(Endian)和浮点数字不同,比如我们用的CPU都是运用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接纳不同的浮点数标准,详见我事先一篇随笔:http://www.cnblogs.com/mayswind/p/3365594.html。而C3D则是永葆3类CPU,IntelCPU选用Little-Endian以及IEEE754标准的浮点数,DEC
(VAX)选用的Little-Endian以及故意的浮点数,MIPS
(SGI)采用的Big-Endian以及IEEE754标准的浮点数,所以在读取文档的时候恐怕需要非凡开展处理,在第三节会详细表达。

中间,S为数符,它表示浮点数的正负,但与其行之有效位(倒数)是分离的。阶码用移码表示,阶码的真值都被抬高一个常数(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。最后多少个部分常见都是规格化表示,即非“0”的卓有效率位最高位连续1。

 

以单精度浮点数为例,假诺字节查看相应是之类那多少个样子的,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,其它都是倒数。

【二、C3D文件头的构造】

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

第一来说第一片段,也就是C3D的公文头,C3D的公文头一定只占1个Section,即一定的512字节,所以假若读取前512字节就足以把一切头数据获得到了。即使各样Section有512字节之多,不过对于C3D的公文头只占了很少的一部分,在文书头中有大气空荡荡的区域。其中第一有的是文件头参数部分,内容如下:

一经设数符为S,阶码为E,倒数的小数部分为F,那么可以由此位运算得到那三位:

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

出于阶码用移码表示,所以实际的阶码则是E –
0x7F。而最后多少个由于是规格化的意味,即将最后多少个规范成为(1.FFFFF……FF)2,但只存小数点之后的部分。由于1
/ 2 + 1 / 4 + 1 / 8 + … + 1 / n = 1 – 1 /
2n,所以能够最后多少个M(M = 1.0 + F)的限量为1 <= M <= 2 – 1
/ 223

在此之后的第二局部,也就是储存的风波,听上去应该占很多字节,然而由于限制了轩然大波数量最多不可能超过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长空。由于C3D首要是为了记录运动的数量,可能在其中有众多相比较首要的地方,事件就是用来标记出那个地点的。一个事件包括六个内容,分别是最长四字节的风波名称、一字节的风波是否合宜显得的情形以及一个四字节的单精度浮点数表示事件出现的日子。

于是可通过如下的公式来测算浮点数的值,其中,C是倒数规范化后缩短的常量,B是移码的偏移量,可知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)

 

看得出,浮点数就不存在0的定义了,所以只可以用极端小来表示,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文件参数集合的构造】 

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文件存储了汪洋的参数,其选拔了仿佛目录的主意存储了参数,但是还好只有一级。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能够再包含参数组,每个参数必须在一个参数组内。参数集合起始于文件头中的首先个字节表示的Section
ID,平时为2,可是也不自然,有的文件会在文件头后留出空白,然后参数集合起首的Section
ID就延迟了。所以判断是否为C3D文件千万不要一起初读进去个Int16然后判断是不是0x5002,而自然要判断第二个字节是不是0x50,确定参数集合的职务也肯定要基于文件的首先字节来。

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。

而对此参数集合,起始的4字节定义如下:

只是表示分外小的数字,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

其中前2个字节官方说一直忽略就行,可是为了配合在写入的时候仍旧要写进去的。第3字节其实大家按梯次读到头也不需要以此数目。这里面最首要的是CPU类型,由于不同CPU类型接纳的字节序以及存储的浮点数字有所不同,所以我们还索要依照CPU类型举办对应的处理。

而二进制小数转十进制小数的测算可以直接按整数的转换到做,然后除以2n即可,n在此地其实就是最后多少个的长短,为23。

对此AMD和DEC生成的文档,都是行使Little-Endian字节序存储的文档,所以肯定要采用Little-Endian来读取Int16、Single等项目;而MIPS则利用的Big-Endian字节序存储文档,所以在读取的时候自然要认清当前电脑默认的字节序以及文档采取的字节序。

据此,有了上述的那一个音信,我们就能够将浮点数字与字节数组相互转换了(本文假定给定的字节数组都是Litten-Endian):

而对于英特尔和MIPS生成的文档,对于浮点数字的积存都是利用正式的IEEE754浮点数字,对于.NET而言不需要举行此外处理;而DEC生成的文档则采用特有浮点数,需要将4个字节全体读取将来再开展特其余转换,转换方法见自己事先的著作: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 }

在此之下就存储着独具的参数了,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不可能协理NaN和非规范化的情事,当然也足以友善判断下。当然了,下面说了这般多仍然为了介绍下面二种浮点数做铺垫。假如实现系统浮点数与字节数组转换的话,用下边这种措施转换就不如用System.BitConverter来的便宜了。

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浮点数字的储存和转移】

C3D文件并未确定一个参数组前面跟另一个参数组仍旧跟该参数组里的兼具参数,所以读取的时候要留意下。而参数的情节则与参数组基本雷同,只是在下一参数组/参数的舞狮与参数组描述长度之间存放着该参数的实际上数目罢了,由于地点描述起来太费事了,这里就不写了。

先是依旧按字节看下VAX和IBM浮点型的积存:

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:

前面的始末

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

 

十分幽默的是,VAX存储的结构并不是按顺序存储的,而是利用了一种名叫Middle-Endian的仓储形式来储存(并非字节序):对于四字节而言其顺序就是2301,风水节为23016745,十六字节为23016745AB89EFCD。可是全体来说,VAX浮点型与IEEE754依然很相近的,比如VAX也要举办规范化,可是其标准成为(0.1FFFFF..FF)2,所以上述的C就为0.5,其倒数M的限定即为1/2
<= M <= 1 – 1 /
224;而同时其也并不曾确定无穷大,不需要独自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距更大。首先其阶码并不是8位,而是7位,由于仍然选择移码存储的阶码,所以其缩减的不可以是127仍然128,而是64,所以其与VAX一样,也未尝无穷值的意味。除此之外,其也不是以2为底总括阶码的,而是以16为底,并且其并未规范化倒数的渴求(当然这也与其以16为底有关),所以不需要对倒数举办加减运算,其范围为1/16
<= M <= 1- 1 / 224

下一参数组/参数的晃动(包含本内容的2字节)

以下是兑现VAX浮点字节数组与系统浮点数字相互转化的类:

 

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 }

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

View Code

 

以下是落实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,就不曾此部分)

【三、双精度浮点数的处理】

 

双精度浮点数与单精度浮点数类似,只然而会扩大阶码和倒数的界定罢了。对于IEEE754的双精度浮点而言,不仅最后多少个的位数扩充,还会大增阶码的倒数,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

看得出,其阶码扩大了3位,即最大值是原来翻了3翻,为1024。而为了保证能表示无穷值,所以B为1023。除此之外只需要多读取后面增添的倒数即可,步骤与单精度基本相同。

 

而对于VAX和IBM的双精度浮点,更是没有扩张阶码的限量,而只是扩充了倒数的限定,使得只要多读取扩充的4位倒数即可,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

从此的情节

IBM双精度浮点:

此地需要证实的就是,由于参数可以存放数组,所以扩张了维数的标识,即当维数为0时,存放的始末为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。而对数组的蕴藏,其实就是数组每个元素依次举办仓储,而对此多维数组,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

然则需要声明的是,对于Char[]以及Char[,]这三种,假设表示的话实际应当相应的是String以及String[]。

 

 

【相关链接】

【四、C3D文件数量区域的协会】

  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,其实一定于这些区域就是一个帧的会聚。而C3D帧其实分为二种,一种是整数帧,而另一种是浮点帧。这三头的区分在于,前者存储的保有情节都是Int16,而后人则为Single,除此之外,前者的3D坐标点(X、Y、Z)还索要倍加比(Gaby)例因子才得以,而后者存储的内容相当于已经乘以了百分比因子了。

数码区域先导于参数集合中的”POINT”参数组中的”DATA_START”参数,其代表数据区域开始的Section
ID,除此之外,在文书头中也有一份副本。可是依据法定的说法,假诺文件头和参数集合中都部分内容,优先读取参数集合中的数据。

对此每个帧,又富含五个部分,第一部分为3D坐标点部分,第二有些为仿照采样部分。

  • 对于每帧的3D坐标点部分,存储着该帧所有3D坐标点的数码,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。比较有趣的是,对于浮点帧,Residual和Camera
    Mask仍旧也如故一个Int16,只不过存储的时候要将相应的数值转换为Single再举行仓储。

    • 对于浮点帧,存储的X、Y、Z坐标就是其实的坐标;而对于整数帧,存储的X、Y、Z的坐标还索要倍加比(加比)例因子才可以,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)的参天位代表Residual的标记,即意味着该坐标点是否管用,假若为0则意味着有效,倘若为1则意味无效,而余下的7个字节则为Camera
      Mask,每一位表示一个壁画机,从没有到高位分别代表7个录像机是否使用(为1为使用,为0为未利用)。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)。
  • 而仿照采样部分,则存储着该帧所有的模拟采样的数量,不过每个帧可能含有两个模拟采样,同时每个模仿采样可能又带有六个channel,存储的多少即为该channel下记录的多少。不过存储的多寡与事实上的多寡还索要依照下述公式举行折算,其中data
    value为存储的数量,real world value为实际的数目。

    • zero
      offset可以从”ANALOG”参数组中的”OFFSET”中收获,该多少为Int16的数组,第i位指的就是第i个channel的zero
      offset。
    • channel
      scale能够从”ANALOG”参数组中的”SCALE”中赢得,该数量为Single的数组,第i位指的就是dii个channel的scale。
    • general
      scale是有所模拟采样都需要倍加的百分比,该数量足以从”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】

前方说了如此多,其实要是用C3D.NET来分析的话实际是万分简单的。我们可以从https://c3d.codeplex.com/下载C3D.NET的二进制文件或者源码,引用后根本的类都在C3D那多少个命名空间下。

对此遍历所有的3D坐标能够运用以下的主意,首先能够从文件或者从流中创制C3D文件,然后从文件头中读取存储的第1帧的序号,然后读取采样点的数据就可以了,当然也得以不从参数组中读取,直接动用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,接纳的方法也类似:

 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 }

除却五次性将C3D文件内容全方位读取出来的这种措施以外,还足以使用C3D里德(Reade)r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,只需要动用C3DFile.Create()就足以创制一个空的C3D文件的,不含有其他的参数集合。而保存C3D文件则一贯利用file.SaveTo(“文件路径”)就足以了。

对此增长参数集合能够利用以下的代码:

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);

添加帧可以运用如下的代码:

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} }));

本来,也足以将C3DPoint3DData数组换成C3DAnalog萨姆ples数组,或者两者同时丰裕也可以。

 

【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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