IBM浮点型介绍和,NET平台下对C3D文件的读写

【题外话】

【题外话】

不久前实验室要笔者修改C3D(The 3D Biomechanics Data
Standard)文件,尽管从英特网找到了一个叫c3d4sharp的类库,那些类库单纯读取C3D文件的话还是能够,不过倘使要贯彻修改只怕创造C3D文件就相比较劳苦了。同期c3d4sharp完毕得相比较简单,比相当多C3D文件里某个数据都不帮衬。万幸C3D文件总体不是很复杂,于是作者就起来重新写了三个C3D文件读写的库,今后在codeplex上创办了个项目叫C3D.NET

日前在做C3D文件的深入分析,好古怪的是文本中居然存款和储蓄了CPU的档案的次序,原来不感觉然,结果后来读取三个文件发掘浮点数全体读取错误。查了下开掘固然在上世纪80年份就提议了IEEE754要联合浮点数标准,然而到未来仍然有Computer应用不相同措施存款和储蓄浮点数。在好几非IEEE754规范的微型Computer产生的二进制文件中,假如得到任何Computer中读取,如若不举行特其他转变,也许引致数据失实等主题材料。

 

 

【小说索引】

【文章索引】

  1. C3D文件格式的构造
  2. C3D文件头的布局
  3. C3D文件参数集合的构造
  4. C3D文件数量区域的布局
  5. 运用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浮点数字的存款和储蓄和退换
  3. 双精度浮点数的拍卖

 

 

【一、C3D文件格式的协会】

【一、IEEE754规范浮点数字的蕴藏详解】

先是说C3D文件全部不是很复杂,也并未有过多复杂的概念,C3D的文档格式能够从其官方网址下载或在线阅读。首先C3D文件是以Section为单位存款和储蓄的,每三个Section固定为512字节。Section一定是按顺序存款和储蓄的,然则有趣的是,Section的序号是从1起始的,实际不是0。C3D文件分为三有个别,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(在文书头内会付出)的C3D参数集结以及Section
ID不知道等于几(在文件头和参数集合中都会付给)的C3D数据部分。

对于x86等常见的CPU,都以运用IEEE754存款和储蓄和计量浮点型的,当然在.NET平台南浮点型也是IEEE754标准的。首先想起下本科时学过的Computer组成原理,查了下课本开掘是之类介绍IEEE754浮点数的积存的(唐朔飞版课本233页):

只是C3D也许有很复杂的地点,三个是有关整型的采取,能够选取应用有标记的(Int16),也足以使用无符号的(UInt16),只但是后面一个能积存的数据量要多一些罢了,既然这样,不知缘何当初还要选择有标记的整型。况且最器重的是,文档内未有其余标记能提出文书档案使用的是何种整型。官方给出的化解措施是,能够依据比如帧总量、帧索引等推断,假诺读出负数,则选择无符号的,不然选择有号子的。

图片 1

另八个是C3D文件能在分歧门类的CPU上调换,那表现于分化CPU可能使用的字节序(Endian)和浮点数字分歧,比方大家用的CPU都是选用Little-Endian以及IEEE754的浮点数规范。从网络查还发掘有DEC
(VAX)以及IBM等CPU选择不一样的浮点数标准,详见小编事先一篇作品:http://www.cnblogs.com/mayswind/p/3365594.html。而C3D则是支撑3类CPU,速龙CPU选择Little-Endian以及IEEE754标准的浮点数,DEC
(VAX)采纳的Little-Endian以及故意的浮点数,MIPS
(SGI)选拔的Big-Endian以及IEEE754典型的浮点数,所以在读取文书档案的时候只怕要求至极开展拍卖,在第3节会详细表达。

里面,S为数符,它表示浮点数的正负,但与其一蹴而就位(尾数)是分离的。阶码用移码表示,阶码的真值都被抬高中二年级个常数(偏移量),如短实数、长实数和临时实数的偏移量用十六进制表示分别为7FH、3FFH和3FFFH。尾数部分常见都以规格化表示,即非“0”的得力位最高位三翻五次1。

 

以单精度浮点数为例,假如字节查六柱预测应是之类这几个样子的,数符占第1字节的第四位,阶码占第1字节的后7位及第二字节的第2位,其他都是尾数。

【二、C3D文件头的结构】

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

率先来讲第一片段,也便是C3D的文本头,C3D的公文头一定只占1个Section,即一定的512字节,所以假设读取前512字节就足以把全体头数据获得到了。固然各种Section有512字节之多,但是对于C3D的公文头只占了比很少的一部分,在文件头中有多量空荡荡的区域。个中第一有些是文本头参数部分,内容如下:

一经设数符为S,阶码为E,尾数的小数部分为F,那么能够由此位运算获得那二人:

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

是因为阶码用移码表示,所以实际的阶码则是E –
0x7F。而倒数由于是规格化的表示,将在尾数标准成为(1.FFFFF……FF)2,但只存小数点之后的有的。由于1
/ 2 + 1 / 4 + 1 / 8 + … + 1 / n = 1 – 1 /
2n,所以可以最后几个M(M = 1.0 + F)的界定为1 <= M <= 2 – 1
/ 223

在此之后的第二有个别,约等于积存的平地风波,听起来应该占比比较多字节,可是出于限制了风波数量最多不能够超出21个,同有的时候间事件名称最长为4字节,所以事件部分也只占相当少的空间。由于C3D首若是为着记录运动的数据,也许在内部有非常的多比较根本的地方,事件便是用来标志出那些地点的。二个平地风波满含多个内容,分别是最长四字节的平地风波名称、一字节的平地风波是或不是应当显示的事态以及七个四字节的单精度浮点数表示事件出现的时辰。

进而可经过如下的公式来测算浮点数的值,个中,C是尾数标准化后回退的常量,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)

 

看得出,浮点数就子虚乌有0的概念了,所以只可以用极端小来表示,同一时间为了表示无穷大,规定E取值范围为0
< E < 0xFF,即-0x7F < (E – B) < 0x80。

【三、C3D文件参数集结的布局】 

所以,当E = 0xFF时,指数最大,规定F = 0时为无穷值,在那之中又有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文件存款和储蓄了大批量的参数,其使用了近乎目录的办法存款和储蓄了参数,可是辛亏唯有超级。即参数部分只有参数组和参数,而且各种参数组里只可以有参数无法再富含参数组,各样参数必须在八个参数组内。参数集结先河于文件头中的首先个字节表示的Section
ID,平时为2,然而也不自然,有的文件会在文书头后留出空白,然后参数会集初步的Section
ID就滞缓了。所以决断是不是为C3D文件千万不要一同首读进去个Int16然后剖断是否0x5002,而早晚要看清第二个字节是或不是0x50,显明参数会集的岗位也自然要依靠文件的率先字节来。

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

而对于参数集结,伊始的4字节概念如下:

然而表示充裕小的数字,允许当E = 0时非标准化的尾数存在。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

其间前2个字节官方说一向忽略就行,可是为了合营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无需以此数目。那之中最首要的是CPU类型,由于不一样CPU类型采纳的字节序以及存款和储蓄的浮点数字有所区别,所以我们还亟需基于CPU类型举行相应的拍卖。

而二进制小数转十进制小数的一个钱打二15个结能够一贯按整数的调换到做,然后除以2n就可以,n在此处其实正是倒数的长短,为23。

对此英特尔和DEC生成的文书档案,都是使用Little-Endian字节序存款和储蓄的文档,所以必然要动用Little-Endian来读取Int16、Single等类型;而MIPS则利用的Big-Endian字节序存款和储蓄文档,所以在读取的时候自然要一口咬住不放当前计算机暗中同意的字节序以及文书档案选取的字节序。

进而,有了以上的这几个音讯,大家就能够将浮点数字与字节数组相互转变了(本文假定给定的字节数组都以Litten-Endian):

而对于速龙和MIPS生成的文书档案,对于浮点数字的储存都以利用标准的IEEE754浮点数字,对于.NET来讲无需展开其他管理;而DEC生成的文书档案则运用特有浮点数,须求将4个字节全体读取今后再开展特别规的转变,转变方法见作者事先的小说: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不可能支撑NaN和非标准化的动静,当然也得以友善看清下。当然了,上面说了如此多照旧为着介绍上边二种浮点数做铺垫。若是完结系统浮点数与字节数组转变的话,用上面这种方式调换就比不上用System.BitConverter来的方便了。

对于参数组,要存款和储蓄以下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换】

C3D文件未有分明三个参数组前边跟另贰个参数组依然跟该参数组里的装有参数,所以读取的时候要静心下。而参数的原委则与参数组基本同样,只是在下一参数组/参数的摇晃与参数组描述长度之间存放着该参数的实际数据罢了,由于地方描述起来太劳顿了,这里就不写了。

第一还是按字节看下VAX和IBM浮点型的积攒:

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:

事先的剧情

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

 

不行有意思的是,VAX存款和储蓄的布局实际不是按顺序存款和储蓄的,而是采纳了一种叫做Middle-Endian的存放格局来存款和储蓄(并不是字节序):对于四字节来讲其顺序就是2301,八字节为23016745,十六字节为23016745AB89EFCD。但是全部来讲,VAX浮点型与IEEE754依然很类似的,譬喻VAX也要进行标准化,不过其正式成为(0.1FFFFF..FF)2,所以上述的C就为0.5,其倒数M的限制即为58%<= M <= 1 – 1 /
224;而同不时候其也并不曾规定无穷大,无需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别更加大。首先其阶码而不是8位,而是7位,由于依旧使用移码存款和储蓄的阶码,所以其缩减的不能够是127照旧128,而是64,所以其与VAX同样,也从不无穷值的代表。除外,其亦非以2为底总结阶码的,而是以16为底,而且其并未有标准化尾数的须求(当然那也与其以16为底有关),所以没有要求对倒数实行加减运算,其范围为1/16
<= M <= 1- 1 / 224

下一参数组/参数的摇拽(包蕴本内容的2字节)

以下是达成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 }

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

View Code

 

以下是落到实处IBM浮点字节数组与系统浮点数字相互转化的类:

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,就从不此部分)

【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,只可是会扩展阶码和倒数的限定罢了。对于IEEE754的双精度浮点来讲,不止倒数的位数扩展,还有恐怕会大增阶码的尾数,字节存款和储蓄如下:

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,即最大值是原先翻了3翻,为1024。而为了确定保障能表示无穷值,所以B为1023。除了那么些之外只供给多读取后面增添的倒数就可以,步骤与单精度基本同样。

 

而对此VAX和IBM的双精度浮点,更是未有扩展阶码的限制,而只是扩充了最后多少个的限量,使得只要多读取增添的4位尾数就可以,而常数A、B、C更是没有需求修改。两个字节存款和储蓄如下:

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

日后的剧情

IBM双精度浮点:

这里须要表明的就是,由于参数能够存放数组,所以增加了维数的标志,即当维数为0时,存放的内容为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,就那样类推。而对数组的积累,其实便是数组每一种成分依次展开仓储,而对此多维数组,则是按行优先开展仓库储存的,比方空间维度数组,先存款和储蓄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

然而需求表明的是,对于Char[]以及Char[,]那三种,要是表示的话实际应当相应的是String以及String[]。

 

 

【相关链接】

【四、C3D文件数量区域的布局】

  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存的,其实一定于那些区域正是贰个帧的联谊。而C3D帧其实分为二种,一种是整数帧,而另一种是浮点帧。那三头的差距在于,前面一个存款和储蓄的富有内容都以Int16,而后人则为Single,除了那么些之外,前面叁个的3D坐标点(X、Y、Z)还亟需倍Gaby例因子技术够,而前者存款和储蓄的内容约等于已经乘以了百分比因子了。

数码区域初始于参数集结中的”POINT”参数组中的”DATA_START”参数,其表示数据区域初阶的Section
ID,除此而外,在文书头中也可能有一份别本。然则依据官方的说法,固然文件头和参数会集中皆有个别内容,优先读取参数集结中的数据。

对于每一个帧,又带有四个部分,第一有些为3D坐标点部分,第二有的为模拟采集样品部分。

  • 对于每帧的3D坐标点部分,存储着该帧全数3D坐标点的数据,每种3D坐标点包涵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,个中Residual和Camera
    Mask共占三个Int16。相比较风趣的是,对于浮点帧,Residual和Camera
    Mask依然也依然三个Int16,只然而存款和储蓄的时候要将相应的数值调换为Single再开展仓储。

    • 对于浮点帧,存款和储蓄的X、Y、Z坐标正是其实的坐标;而对此整数帧,存款和储蓄的X、Y、Z的坐标还需求倍Gaby例因子才得以,比例因子存款和储蓄于参数集合中的”POINT”参数组中的”SCALE”参数。
    • Residual和Camera
      Mask共占三个Int16,将其转移为字节数组之后,高位字节(第四个字节)的参天位代表Residual的标志,即意味着该坐标点是不是管用,假设为0则意味着有效,假设为1则意味无效,而余下的7个字节则为Camera
      Mask,每一人表示一个摄电影放映机,从没有到高位分别代表7个摄像机是还是不是使用(为1为利用,为0为未选拔)。而Residual的真正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,则存款和储蓄着该帧全体的模拟采集样品的数额,可是每种帧或者包涵三个模拟采集样品,同有的时候候各个模仿采集样品只怕又包蕴四个channel,存款和储蓄的数据即为该channel下记录的数量。但是存款和储蓄的数量与实际的数目还索要依靠下述公式举行折算,在这之中data
    value为存款和储蓄的数码,real world value为实际的数额。

    • zero
      offset能够从”ANALOG”参数组中的”OFFSET”中获得,该多少为Int16的数组,第i位指的正是第i个channel的zero
      offset。
    • channel
      scale能够从”ANALOG”参数组中的”SCALE”中拿走,该数据为Single的数组,第i位指的便是dii个channel的scale。
    • general
      scale是有所模拟采样都须要倍加的比重,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】

近些日子说了那般多,其实只要用C3D.NET来深入分析的话实际是特别轻便的。大家可以从https://c3d.codeplex.com/下载C3D.NET的二进制文件可能源码,引用后主要的类都在C3D那些命名空间下。

对于遍历全数的3D坐标能够行使以下的艺术,首先可以从文件或然从流中创造C3D文件,然后从文件头中读取存款和储蓄的第1帧的序号,然后读取采集样品点的数额就能够了,当然也足以不从参数组中读取,直接运用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 }

而读取模拟采集样品的话,采纳的法门也周围:

 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 }

除却二次性将C3D文件内容总体读抽出来的这种情势以外,还足以应用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 }

对此开创三个C3D文件,只须要动用C3DFile.Create()就足以创设叁个空的C3D文件的,不富含别的的参数集结。而保存C3D文件则平昔利用file.SaveTo(“文件路线”)就能够了。

对此增加参数集结能够行使以下的代码:

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);

增加帧能够使用如下的代码:

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,也得以将C3DPoint3DData数组换到C3DAnalog萨姆ples数组,或许两个同一时间充裕也能够。

 

【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/