NET平台下对C3D文件的读写,IBM浮点型介绍和

【题外话】

【题外话】

近期实验室要自笔者修改C3D(The 3D Biomechanics Data
Standard)文件,纵然从网上找到了2个叫c3d4sharp的类库,这些类库单纯读取C3D文件的话还足以,可是倘若要完成修改或许创制C3D文件就相比较辛劳了。同时c三d四sharp达成得相比简单,很多C3D文件里1些数据都不帮忙。万幸C3D文件总体不是很复杂,于是笔者就起来重新写了1个C3D文件读写的库,以后在codeplex上创制了个类型叫C3D.NET

多年来在做C3D文件的解析,好奇怪的是文本中竟然存款和储蓄了CPU的品种,原本满不在乎,结果后来读取贰个文书发现浮点数全体读取错误。查了下发现尽管在上世纪80时期就提议了IEEE754要合并浮点数标准,不过到现行反革命还是有电脑应用分歧方式存款和储蓄浮点数。在壹些非IEEE754标准的电脑产生的贰进制文件中,借使得到其余电脑中读取,如若不开展专门的转移,恐怕造成数据失实等题材。

 

 

【小说索引】

【小说索引】

  1. C3D文件格式的结构
  2. C3D文件头的协会
  3. C3D文件参数集合的结构
  4. C3D文件数量区域的组织
  5. 选拔C3D.NET读写文件示例
  1. IEEE754标准浮点数字的存款和储蓄详解
  2. VAX及IBM浮点数字的储存和转换
  3. 双精度浮点数的拍卖

 

 

【1、C3D文件格式的结构】

【一、IEEE754标准浮点数字的储存详解】

第贰说C3D文件全部不是很复杂,也尚无过多长短不一的定义,C3D的文书档案格式能够从其官网下载或在线阅读。首先C3D文件是以Section为单位存款和储蓄的,每1个Section固定为51贰字节。Section一定是按顺序存款和储蓄的,但是有意思的是,Section的序号是从一始发的,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,51二字节),Section
ID壹般等于2(在文件头内会提交)的C3D参数集合以及Section
ID不了解等于几(在文书头和参数集合中都会交到)的C3D数据部分。

对此x八陆等大规模的CPU,都是选择IEEE75四存款和储蓄和估测计算浮点型的,当然在.NET平巴尔的摩浮点型也是IEEE75四标准的。首先想起下本科时学过的处理器组成原理,查了下课本发现是之类介绍IEEE75四浮点数的积存的(唐朔飞版课本23三页):

然而C3D也有很复杂的地点,二个是关于整型的行使,能够选取应用有记号的(Int1陆),也得以使用无符号的(UInt16),只可是后者能积存的数据量要多1些而已,既然那样,不知怎么当初还要选拔有记号的整型。而且最重大的是,文书档案内尚未任何标识能建议文书档案使用的是何种整型。官方给出的消除办法是,可以依据例如帧总数、帧索引等判定,假诺读出负数,则动用无符号的,不然采纳有标志的。

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另一个是C3D文件能在不相同类别的CPU上转变,那展现于不一致CPU也许利用的字节序(Endian)和浮点数字分裂,比如我们用的CPU都以利用Little-Endian以及IEEE75四的浮点数标准。从网上查还发现有DEC
(VAX)以及IBM等CPU采取分裂的浮点数标准,详见作者事先一篇小说:http://www.cnblogs.com/mayswind/p/3365594.html。而C3D则是扶助三类CPU,速龙CPU采纳Little-Endian以及IEEE75肆标准的浮点数,DEC
(VAX)选择的Little-Endian以及故意的浮点数,MIPS
(SGI)选取的Big-Endian以及IEEE75四标准的浮点数,所以在读取文书档案的时候大概需求十分开始展览拍卖,在第叁节会详细表明。

当中,S为数符,它象征浮点数的正负,但与其立见成效位(尾数)是分开的。阶码用移码表示,阶码的真值都被添加二个常数(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七FH、三FFH和三FFFH。倒数部分常见都是规格化表示,即非“0”的卓有作用位最高位延续1。

 

以单精度浮点数为例,假设字节查六柱预测应是之类这一个样子的,数符占第三字节的第一位,阶码占第叁字节的后柒位及第壹字节的第3人,别的都以尾数。

【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3来说第叁片段,也正是C3D的公文头,C3D的文件头一定只占3个Section,即一定的512字节,所以要是读取前51二字节就足以把全部头数据获得到了。固然种种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,在文件头中有大气空荡荡的区域。在那之中第3有些是文件头参数部分,内容如下:

若果设数符为S,阶码为E,倒数的小数部分为F,那么能够通过位运算获得那三人:

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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 –
0x七F。而倒数由于是规格化的表示,即将倒数规范成为(壹.FFFFF……FF)2,但只存小数点之后的某些。由于1
/ 二 + 一 / 四 + 1 / 八 + … + 1 / n = 一 – 壹 /
n,所以能够尾数M(M = 一.0 + F)的限定为一 <= M <= 二 – 1
/ 二23

在此之后的第3某个,也正是储存的事件,听上去应该占很多字节,然则出于限制了轩然大波数量最多不能够超越1柒个,同时事件名称最长为4字节,所以事件部分也只占很少的空间。由于C3D首假使为着记录运动的数码,大概在其间有为数不少相比较根本的地点,事件正是用来标记出这个地点的。一个轩然大波包涵多个内容,分别是最长肆字节的事件名称、一字节的风云是还是不是应当显得的图景以及五个4字节的单精度浮点数表示事件出现的时间。

据此可通过如下的公式来总结浮点数的值,当中,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
= 贰、B = 0x7F以及C = 一.0。

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)

 

足见,浮点数就不存在0的定义了,所以只好用极端小来代表,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。

【3、C3D文件参数集合的组织】 

由此,当E = 0xFF时,指数最大,规定F = 0时为无穷值,个中又有S =
0为正无穷以及S = 壹为负无穷;而F != 0时为无效数字(NaN)。

C3D文件存款和储蓄了汪洋的参数,其利用了就像是目录的主意存款和储蓄了参数,然则幸而唯有超级。即参数部分唯有参数组和参数,并且各类参数组里只好有参数无法再蕴含参数组,各种参数必须在1个参数组内。参数集合初叶于文件头中的率先个字节表示的Section
ID,日常为2,不过也不肯定,有的文件会在文书头后留出空白,然后参数集合起头的Section
ID就延期了。所以判断是还是不是为C3D文件千万不要1开首读进去个Int1陆然后判断是或不是0x500贰,而早晚要看清第3个字节是还是不是0x50,明确参数集合的任务也必定要依照文件的率先字节来。

当E = 0时,指数最小,规定F = 0时为0,在这之中又有S = 0为正0以及S = 壹时为-0。

而对此参数集合,初始的4字节定义如下:

而是表示非常的小的数字,允许当E = 0时非规范化的尾数存在。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

其中前二个字节官方说一贯忽略就行,可是为了合营在写入的时候依然要写进去的。第二字节其实我们按顺序读到头也不需求以此数据。这里面重大的是CPU类型,由于差别CPU类型选拔的字节序以及存款和储蓄的浮点数字有所差异,所以大家还供给依据CPU类型实行对应的处理。

而二进制小数转10进制小数的乘除能够一向按整数的更换到做,然后除以2n即可,n在此地实在正是尾数的长度,为二叁。

对此英特尔和DEC生成的文书档案,都以选取Little-Endian字节序存款和储蓄的文书档案,所以一定要运用Little-Endian来读取Int16、Single等品种;而MIPS则应用的Big-Endian字节序存款和储蓄文书档案,所以在读取的时候一定要判断当前总结机暗中认可的字节序以及文书档案选用的字节序。

就此,有了上述的那些消息,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以Litten-Endian):

而对此速龙和MIPS生成的文书档案,对于浮点数字的贮存都是应用规范的IEEE75肆浮点数字,对于.NET而言不必要开始展览任何处理;而DEC生成的文书档案则接纳特有浮点数,供给将5个字节全体读取以往再拓展超常规的更换,转换方法见本人事先的篇章: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 }

在此之下就存款和储蓄着拥有的参数了,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援助NaN和非规范化的场合,当然也能够本人看清下。当然了,上面说了那样多依然为了介绍下面三种浮点数做铺垫。倘若完结系统浮点数与字节数组转换的话,用下边那种措施转换就不比用System.BitConverter来的便宜了。

对于参数组,要存款和储蓄以下多少个内容:

 

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)

【2、VAX及IBM浮点数字的蕴藏和转移】

C3D文件并未有鲜明三个参数组前面跟另二个参数组依旧跟该参数组里的有着参数,所以读取的时候要留意下。而参数的剧情则与参数组基本等同,只是在下壹参数组/参数的偏移与参数组描述长度之间存放着该参数的其实数目罢了,由于地方描述起来太费事了,这里就不写了。

率先照旧按字节看下VAX和IBM浮点型的储存:

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:

事先的剧情

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

 

可怜幽默的是,VAX存款和储蓄的结构并不是按顺序存款和储蓄的,而是利用了壹种名称为Middle-Endian的蕴藏形式来储存(并非字节序):对于四字节而言其顺序就是230壹,八字节为23016745,十6字节为230167四伍AB8玖EFCD。可是全部来说,VAX浮点型与IEEE75四照旧很周边的,比如VAX也要开始展览规范化,可是其标准成为(0.一FFFFF..FF)2,所以上述的C就为0.5,其倒数M的限定即为一半<= M <= 一 – 一 /
224;而与此同时其也并从未规定无穷大,不须求独自为极其大留出最大的阶码,所以上述的B为0x80。

Int16

而IBM单精度浮点则与上述二种差异更加大。首先其阶码并不是七个人,而是8人,由于依然采纳移码存款和储蓄的阶码,所以其缩减的不可能是127要么12八,而是64,所以其与VAX一样,也平素不无穷值的表示。除此而外,其也不是以二为底总计阶码的,而是以16为底,并且其尚无规范化尾数的渴求(当然这也与其以16为底有关),所以不须求对倒数进行加减运算,其范围为1/1陆<= M <= 一- 一 / 二24

下1参数组/参数的舞狮(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:

 

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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,一 Byte,二Int16,4 Single),相对值即为长度

View Code

 

以下是促成IBM浮点字节数组与系统浮点数字互相转化的类:

Byte

lovebet爱博体育 5lovebet爱博体育 6

参数内容维数(0-三)

 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[]

 

参数每壹维大小(要是维数为0,就从来不此部分)

【叁、双精度浮点数的拍卖】

 

双精度浮点数与单精度浮点数类似,只但是会增加阶码和尾数的限定罢了。对于IEEE75四的双精度浮点而言,不仅倒数的位数扩充,还会增多阶码的倒数,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

看得出,其阶码扩张了三人,即最大值是原先翻了叁翻,为10二肆。而为了保证能表示无穷值,所以B为10二叁。除此而外只必要多读取前边扩张的尾数即可,步骤与单精度基本相同。

 

而对此VAX和IBM的双精度浮点,更是未有扩展阶码的限量,而只是扩张了尾数的限量,使得只要多读取增添的4位倒数即可,而常数A、B、C更是无需修改。两者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

后来的内容

IBM双精度浮点:

那里必要表达的就是,由于参数能够存放数组,所以扩充了维数的标识,即当维数为0时,存放的始末为Char、Byte、Int1陆、Single等转移出的字节数组;而当维数为一时,存放的为Char[]、Byte[]、Int16[]、Single[]等转移出的字节数组,以此类推。而对数组的囤积,其实正是数组每一个成分依次展开仓储,而对此多维数组,则是按行优先开始展览仓库储存的,比如三个维度数组,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

但是要求表明的是,对于Char[]以及Char[,]那二种,假如表示的话实际应该相应的是String以及String[]。

 

 

【相关链接】

【4、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_lovebet爱博体育,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,其实一定于那么些区域就是一个帧的集纳。而C3D帧其实分为两种,一种是整数帧,而另壹种是浮点帧。那两边的差异在于,前者存款和储蓄的全数内容都以Int1陆,而后人则为Single,除却,前者的3D坐标点(X、Y、Z)还索要倍加比例因子才能够,而后者存款和储蓄的始末相当于已经乘以了百分比因子了。

数码区域起始于参数集合中的”POINT”参数组中的”DATA_STA昂CoraT”参数,其代表数据区域开头的Section
ID,除却,在文书头中也有一份副本。然而依据法定的说法,假使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。

对此各种帧,又包涵五个部分,第二部分为3D坐标点部分,第1有个别为仿照采样部分。

  • 对此每帧的3D坐标点部分,存储着该帧全部3D坐标点的数目,每一种3D坐标点包涵5个Int16或Single数据,分别是X坐标、Y坐标、Z坐标以及Residual和Camera
    Mask,在那之中Residual和Camera
    Mask共占叁个Int1陆。相比有趣的是,对于浮点帧,Residual和Camera
    Mask仍旧也如故3个Int1陆,只但是存储的时候要将相应的数值转换为Single再举办仓库储存。

    • 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的坐标还亟需倍加比例因子才得以,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1个Int1陆,将其更换为字节数组之后,高位字节(第3个字节)的参天位表示Residual的标志,即表示该坐标点是或不是有效,若是为0则意味有效,要是为1则表示无效,而剩下的多个字节则为Camera
      Mask,每一人代表叁个录制机,从未有到高位分别表示7个摄像机是还是不是利用(为一为利用,为0为未利用)。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)。
  • 而仿照采集样品部分,则存款和储蓄着该帧全数的萧规曹随采集样品的数目,然则各种帧只怕包涵三个模拟采集样品,同时每种模仿采集样品恐怕又含有多少个channel,存款和储蓄的数额即为该channel下记录的多少。但是存款和储蓄的多少与事实上的多寡还索要依照下述公式举办折算,在那之中data
    value为存款和储蓄的数据,real world value为实际的数量。

    • zero
      offset可以从”ANALOG”参数组中的”OFFSET”中拿走,该数量为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”中收获,该多少为Single的数组,第i位指的就是dii个channel的scale。
    • general
      scale是兼具模拟采集样品都亟待倍加的比重,该数量能够从”ANALOG”参数组中的”GEN_SCALE”中获取,为Single。

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

 

【5、使用C3D.NET读写文件示例】

最近说了如此多,其实假诺用C3D.NET来分析的话实际是格外简单的。我们能够从https://c3d.codeplex.com/下载C3D.NET的贰进制文件恐怕源码,引用后根本的类都在C3D这一个命名空间下。

对于遍历全数的3D坐标可以应用以下的点子,首先能够从文件或然从流中创设C3D文件,然后从文件头中读取存款和储蓄的第2帧的序号,然后读取采集样品点的数码就能够了,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,选用的方法也类似:

 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 }

除了这一个之外二遍性将C3D文件内容全方位读取出来的那种艺术以外,还足以动用C3DReader来一帧1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 }

对于开创一个C3D文件,只要求采纳C3DFile.Create()就足以创制3个空的C3D文件的,不包罗别的的参数集合。而保存C3D文件则一贯利用file.SaveTo(“文件路径”)就能够了。

对此增进参数集合能够应用以下的代码:

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);

添加帧能够运用如下的代码:

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} }));

理所当然,也足以将C3DPoint3DData数组换到C3DAnalog萨姆ples数组,大概两方同时丰裕也得以。

 

【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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