在一些非IEEE754标准的管理器发生的二进制文件中,同期c3d4sharp完成得相比轻巧

【题外话】

【题外话】

前不久实验室要本身修改C3D(The 3D Biomechanics Data
Standard)文件,尽管从网络找到了三个叫c3d4sharp的类库,那个类库单纯读取C3D文件的话还足以,然则要是要兑现修改或许创立C3D文件就比较麻烦了。同一时候c3d4sharp完毕得比较轻易,很多C3D文件里部分数据都不补助。幸好C3D文件总体不是很复杂,于是本身就初叶重新写了一个C3D文件读写的库,以后在codeplex上开创了个档案的次序叫C3D.NET

方今在做C3D文件的解析,好奇异的是文件中竟然存款和储蓄了CPU的花色,原来不以为然,结果后来读取八个文本发掘浮点数全体读取错误。查了下发掘纵然在上世纪80年间就提议了IEEE754要统一浮点数规范,可是到现行仍然有管理器应用区别方法存款和储蓄浮点数。在一些非IEEE754规范的Computer发生的二进制文件中,假若获得另外Computer中读取,假若不开展特地的转移,或然导致数据失实等主题素材。

 

 

【小说索引】

【小说索引】

  1. C3D文件格式的结构
  2. C3D文件头的构造
  3. C3D文件参数集结的布局
  4. C3D文件数量区域的构造
  5. 选取C3D.NET读写文件示例
  1. IEEE754标准浮点数字的蕴藏详解
  2. VAX及IBM浮点数字的贮存和转移
  3. 双精度浮点数的拍卖

 

 

【一、C3D文件格式的结构】

【一、IEEE754规范浮点数字的存放详解】

第一说C3D文件全体不是很复杂,也未曾过多犬牙相制的定义,C3D的文书档案格式可以从其官方网站下载或在线阅读。首先C3D文件是以Section为单位存储的,每叁个Section固定为512字节。Section一定是按顺序存款和储蓄的,不过有趣的是,Section的序号是从1发端的,并非0。C3D文件分为三片段,分别是Section
ID = 1的C3D文件头(固定为八个Section,512字节),Section
ID一般等于2(在文件头内会付给)的C3D参数集合以及Section
ID不知底等于几(在文件头和参数会集中都会付出)的C3D数据部分。

对此x86等大范围的CPU,都以行使IEEE754存款和储蓄和计量浮点型的,当然在.NET平高雄浮点型也是IEEE754规范的。首先回看下本科时学过的微型Computer组成原理,查了下课本开采是之类介绍IEEE754浮点数的存放的(唐朔飞版课本233页):

但是C3D也是有很复杂的地点,三个是关于整型的应用,能够应用应用有标记的(Int16),也能够利用无符号的(UInt16),只可是前面一个能积累的数据量要多一些而已,既然那样,不知为什么当初还要采取有暗号的整型。何况最根本的是,文书档案内尚未其他标志能提出文书档案使用的是何种整型。官方给出的缓慢解决情势是,能够依靠举例帧总量、帧索引等判别,尽管读出负数,则动用无符号的,不然选用有号子的。

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另两个是C3D文件能在不相同品种的CPU上生成,那表现于不一样CPU可能采取的字节序(Endian)和浮点数字不一致,比方我们用的CPU都以应用Little-Endian以及IEEE754的浮点数标准。从英特网查还开掘有DEC
(VAX)以及IBM等CPU选拔区别的浮点数标准,详见笔者在此之前一篇作品: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规范的浮点数,DEC
(VAX)选用的Little-Endian以及故意的浮点数,MIPS
(SGI)接纳的Big-Endian以及IEEE754标准的浮点数,所以在读取文书档案的时候大概须求额外开始展览管理,在第4节会详细表达。

内部,S为数符,它代表浮点数的正负,但与其立见成效位(尾数)是分手的。阶码用移码表示,阶码的真值都被拉长多少个常数(偏移量),如短实数、长实数和一时实数的偏移量用十六进制表示分别为7FH、3FFH和3FFFH。倒数部分经常都以规格化表示,即非“0”的有效性位最高位连续1。

 

以单精度浮点数为例,假诺字节查占星应是之类这一个样子的,数符占第1字节的第4位,阶码占第1字节的后7位及第二字节的首位,别的都是尾数。

【二、C3D文件头的组织】

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

先是来讲第一有的,也正是C3D的文件头,C3D的文书头一定只占1个Section,即定位的512字节,所以一旦读取前512字节就可以把方方面面头数据获得到了。即使种种Section有512字节之多,然则对于C3D的文件头只占了相当少的一有的,在文书头中有雅量空白的区域。个中首盘部是文本头参数部分,内容如下:

要是设数符为S,阶码为E,尾数的小数部分为F,那么能够经过位运算得到这多少人:

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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 –
0x7F。而尾数由于是规格化的象征,将在尾数规范成为(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,所以能够倒数M(M = 1.0 + F)的界定为1 <= M <= 2 – 1
/ 223

在此之后的第二有的,也便是累积的事件,听起来应该占非常多字节,不过由于限制了轩然大波数量最多不能够超过二十个,同期事件名称最长为4字节,所以事件部分也只占相当少的空间。由于C3D主如果为着记录运动的多寡,恐怕在里面有很多相比较根本的位置,事件正是用来标志出那几个地点的。七个风云包含四个内容,分别是最长四字节的平地风波名称、一字节的事件是或不是应该显示的情事以及贰个四字节的单精度浮点数表示事件出现的时间。

进而可通过如下的公式来测算浮点数的值,在那之中,C是尾数标准化后减少的常量,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)

 

足见,浮点数就一纸空文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文件参数群集的构造】 

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时为无效数字(NaN)。

C3D文件存款和储蓄了大气的参数,其应用了近乎目录的点子存款和储蓄了参数,可是幸而独有一流。即参数部分唯有参数组和参数,并且每一个参数组里只可以有参数不能够再包蕴参数组,各种参数必须在贰个参数组内。参数集合初阶于文件头中的首先个字节表示的Section
ID,平常为2,可是也不自然,有的文件会在文件头后留出空白,然后参数会集初阶的Section
ID就延迟了。所以判别是还是不是为C3D文件千万不要一起始读进去个Int16然后决断是否0x5002,而迟早要咬定第叁个字节是还是不是0x50,鲜明参数集结的职位也势供给依赖文件的率先字节来。

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

而对此参数集结,初步的4字节概念如下:

只是表示卓殊小的数字,允许当E = 0时非规范化的倒数存在。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2个字节官方说一向忽略就行,不过为了合营在写入的时候照旧要写进去的。第3字节其实大家按梯次读到头也没有供给以此数量。那当中重大的是CPU类型,由于区别CPU类型采纳的字节序以及存款和储蓄的浮点数字有所分化,所以大家还亟需基于CPU类型举行对应的管理。

而二进制小数转十进制小数的乘除能够一直按整数的转移来做,然后除以2n就能够,n在此间实在正是倒数的长短,为23。

对此英特尔和DEC生成的文书档案,都以选用Little-Endian字节序存款和储蓄的文书档案,所以没有疑问要选取Little-Endian来读取Int16、Single等种类;而MIPS则应用的Big-Endian字节序存储文书档案,所以在读取的时候必要求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采取的字节序。

据此,有了以上的这个消息,大家就足以将浮点数字与字节数组相互调换了(本文假定给定的字节数组都以Litten-Endian):

而对此英特尔和MIPS生成的文书档案,对于浮点数字的寄存都是应用正式的IEEE754浮点数字,对于.NET来讲不须求进行别的管理;而DEC生成的文书档案则采取特有浮点数,须求将4个字节全体读取今后再拓展特别规的改变,转变方法见本人事先的小说: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 }

在此之下就存款和储蓄着具备的参数了,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协助NaN和非规范化的地方,当然也足以和睦剖断下。当然了,上边说了那样多依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调换的话,用上面这种格局调换就比不上用System.BitConverter来的有益了。

对此参数组,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浮点数字的蕴藏和调换】

C3D文件并未规定八个参数组前边跟另多少个参数组照旧跟该参数组里的富有参数,所以读取的时候要专注下。而参数的内容则与参数组基本雷同,只是在下一参数组/参数的偏移与参数组描述长度之间寄存着该参数的实际数目罢了,由于地方描述起来太费事了,这里就不写了。

率先还是按字节看下VAX和IBM浮点型的存放:

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:

后面包车型大巴剧情

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

 

极度风趣的是,VAX存款和储蓄的构造并不是按顺序存款和储蓄的,而是利用了一种叫做Middle-Endian的蕴藏格局来存款和储蓄(并非字节序):对于四字节来讲其顺序便是2301,八字节为23016745,十六字节为23016745AB89EFCD。不过全部来讲,VAX浮点型与IEEE754依然很类似的,举个例子VAX也要进行规范化,不过其标准成为(0.1FFFFF..FF)2,所以上述的C就为0.5,其尾数M的范围即为1/2<= M <= 1 – 1 /
224;而同不日常候其也并未规定无穷大,没有供给独自为极端大留出最大的阶码,所以上述的B为0x80。

Int16

而IBM单精度浮点则与上述两种差距越来越大。首先其阶码实际不是8位,而是7位,由于照旧选择移码存款和储蓄的阶码,所以其缩减的不能够是127如故128,而是64,所以其与VAX同样,也并没有无穷值的表示。除此之外,其亦非以2为底总结阶码的,而是以16为底,而且其尚无标准化倒数的渴求(当然那也与其以16为底有关),所以不供给对尾数实行加减运算,其范围为1/16
<= M <= 1- 1 / 224

下一参数组/参数的舞狮(满含本内容的2字节)

以下是落到实处VAX浮点字节数组与系统浮点数字相互转化的类:

 

澳门永利备用网址 3澳门永利备用网址 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 }

参数贮存内容的品种(-1 Char,1 Byte,2
Int16,4 Single),相对值即为长度

View Code

 

以下是兑现IBM浮点字节数组与系统浮点数字彼此转化的类:

Byte

澳门永利备用网址 5澳门永利备用网址 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(假诺维数为0,就不曾此部分)

【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,只但是会扩充阶码和倒数的界定罢了。对于IEEE754的双精度浮点而言,不止倒数的位数扩充,还有或者会增加阶码的尾数,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

看得出,其阶码扩大了3位,即最大值是本来翻了3翻,为1024。而为了保障能代表无穷值,所以B为1023。除此而外只须要多读取前面扩张的尾数就可以,步骤与单精度基本一样。

 

而对此VAX和IBM的双精度浮点,更是未有扩充阶码的范围,而只是扩充了尾数的范围,使得只要多读取增添的4位倒数就可以,而常数A、B、C更是没有须要修改。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

然后的内容

IBM双精度浮点:

此地需求注解的正是,由于参数能够寄放数组,所以扩展了维数的标志,即当维数为0时,存放的从头到尾的经过为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,由此及彼。而对数组的仓库储存,其实正是数组各类成分依次实行仓库储存,而对于多维数组,则是按行优先开始展览仓储的,譬喻三维数组,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

但是须求表明的是,对于Char[]以及Char[,]那三种,假如表示的话实际应当相应的是String以及String[]。

 

 

【相关链接】

【四、C3D文件数量区域的结构】

  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. 澳门永利备用网址,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贮存的,其实一定于那几个区域就是多个帧的集合。而C3D帧其实分为二种,一种是整数帧,而另一种是浮点帧。这两侧的差别在于,后面一个存储的装有内容都以Int16,而前者则为Single,除了那几个之外,后边一个的3D坐标点(X、Y、Z)还必要倍Gaby例因子才得以,而后面一个存款和储蓄的剧情也正是已经乘以了百分比因子了。

多少区域起头于参数会集中的”POINT”参数组中的”DATA_START”参数,其代表数据区域初阶的Section
ID,除此而外,在文件头中也许有一份别本。然则依据法定的布道,倘诺文件头和参数集合中都局地内容,优先读取参数集结中的数据。

对于每一个帧,又包涵五个部分,第一片段为3D坐标点部分,第二片段为仿照效法采集样品部分。

  • 对于每帧的3D坐标点部分,存储着该帧全数3D坐标点的数额,每种3D坐标点满含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,当中Residual和Camera
    Mask共占四个Int16。对比有趣的是,对于浮点帧,Residual和Camera
    Mask仍旧也依旧二个Int16,只然而存款和储蓄的时候要将相应的数值转变为Single再开始展览仓库储存。

    • 对于浮点帧,存款和储蓄的X、Y、Z坐标就是其实的坐标;而对于整数帧,存款和储蓄的X、Y、Z的坐标还亟需倍Gaby例因子才得以,比例因子存款和储蓄于参数集结中的”POINT”参数组中的”SCALE”参数。
    • Residual和Camera
      Mask共占一个Int16,将其更改为字节数组之后,高位字节(首个字节)的万丈位代表Residual的符号,即表示该坐标点是还是不是管用,假若为0则象征有效,借使为1则象征无效,而剩下的7个字节则为Camera
      Mask,每一人代表一个录制机,从未有到高位分别表示7个录制机是或不是使用(为1为使用,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)。
  • 而模仿采集样品部分,则存款和储蓄着该帧全数的画虎不成反类犬采集样品的数量,不过每一个帧恐怕含有三个模拟采样,同不寻常候每一个模仿采样只怕又包含三个channel,存款和储蓄的数码即为该channel下记录的数额。然则存款和储蓄的数额与事实上的多少还亟需基于下述公式进行折算,个中data
    value为存款和储蓄的多寡,real world value为实际的数据。

    • zero
      offset能够从”ANALOG”参数组中的”OFFSET”中获取,该多少为Int16的数组,第i位指的便是第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位指的正是dii个channel的scale。
    • general
      scale是具有模拟采集样品都亟需倍加的百分比,该数额足以从”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】

前面说了那般多,其实若是用C3D.NET来解析的话实际是非常轻易的。我们能够从https://c3d.codeplex.com/下载C3D.NET的二进制文件或然源码,援用后主要的类都在C3D那么些命名空间下。

对此遍历全部的3D坐标能够利用以下的措施,首先能够从文件恐怕从流中成立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量就足以了,当然也得以不从参数组中读取,直接选拔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,采纳的主意也就好像:

 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 }

除去三遍性将C3D文件内容全方位读抽出来的这种措施以外,还能动用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 }

对此开创四个C3D文件,只需求运用C3DFile.Create()就能够创立贰个空的C3D文件的,不带有别的的参数集结。而保存C3D文件则直接使用file.SaveTo(“文件路线”)就足以了。

对此拉长参数会集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);

增多帧能够行使如下的代码:

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} }));

道理当然是那样的,也得以将C3DPoint3DData数组换来C3DAnalogSamples数组,只怕双方同期增多也足以。

 

【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/