PLY文件格式及其MATLAB读写操作

     PLY是一种电脑档案格式，全名为多边形档案（Polygon File Format）或 斯坦福三角形档案（Stanford Triangle Format）。 



    史丹佛大学的 The Digital Michelangelo Project计划采用PLY格式储存极高分辨率之米开朗基罗的作品"大卫"雕塑。



   该格式主要用以储存立体扫描结果的三维数值，透过多边形片面的集合描述三维物体，与其他格式相较之下这是较为简单的方法。它可以储存的资讯包含颜色、透明度、表面法向量、材质座标与资料可信度，并能对多边形的正反两面设定不同的属性。



   在档案内容的储存上PLY有两种版本，分别是纯文字（ASCII）版本与二元码（binary）版本，其差异在储存时是否以ASCII编码表示元素资讯。

档案格式

（本文并未提供完整的格式描述，以下仅介绍PLY的基本概念与格式）

每个PLY档都包含档头（header），用以设定网格模型的“元素”与“属性”，以及在档头下方接着一连串的元素“数值资料”。一般而言，网格模型的“元素”就是顶点（vertices）、面（faces），另外还可能包含有边（edges）、深度图样本（samples of range maps）与三角带（triangle strips）等元素。无论是纯文字与二元码的PLY档，档头资讯都是以ASCII编码编写，接续其后的数值资料才有编码之分。PLY档案以此行：

?

ply

开头作为PLY格式的识别。接着第二行是版本资讯，目前有三种写法：

?

format ascii 1.0

format binary_little_endian 1.0

format binary_big_endian 1.0

其中ascii, binary_little_endian, binary_big_endian是档案储存的编码方式，而1.0是遵循的标准版本（现阶段仅有PLY 1.0版）。在档头中可使用’comment’作为一行的开头以编写注解，例如：

?

comment Thisisa comment!

描述元素及属性，必须使用’element’及’property’的关键字，一般的格式为element下方接着属性列表，例如:

?

element

property

property

property

‘property’不仅定义了资料的型态，其出现顺序亦定义了资料的顺序。内定的资料形态有两种写法：一种是char uchar short ushort int uint float double,另外一种是具有位元长度的int8 uint8 int16 uint16 int32 uint32 float32 float64。 例如，描述一个包含12个顶点的物体，每个顶点使用3个单精度浮点数 (x,y,z）代表点的座标，使用3个unsigned char代表顶点颜色，颜色顺序为 (B, G, R),则档头的写法为：

?

element vertex 12

propertyfloatx

propertyfloaty

propertyfloatz

property uchar blue

property uchar green

property uchar red

其中vertex是内定的元素类型，接续的6行property描述构成vertex元素的数值字段顺序代表的意义，及其资料形态。

另一个常使用的元素是面。由于一个面是由3个以上的顶点所组成，因此使用一个“顶点列表”即可描述一个面, PLY格式使用一个特殊关键字’property list’定义之。 例如，一个具有10个面的物体，其PLY档头可能包含：

?

element face 10

property list ucharintvertex_indices

‘property list’表示该元素face的特性是由一行的顶点列表来描述。列表开头以uchar型态的数值表示列表的项目数，后面接着资料型态为int的顶点索引值（vertex_indices），顶点索引值从0开始。

最后，标头必须以此行结尾：

?

end_header

档头后接着的是元素资料（端点座标、拓朴连结等）。在ASCII格式中各个端点与面的资讯都是以独立的一行描述，而二元编码格式则连续储存这些资料，加载时须以’element’定义的元素数目以及’property’中设定的资料形态计算各笔字段的长度。

范例

一个典型的PLY档案结构分成三部分：

?

档头 (从ply开始到end_header）

顶点元素列表

面元素列表

其中的顶点元素列表一般以x y z方式排列，形态如档头所定义；而面元素列表是以下列格式表示。

?

<組成面的端點數N> <端點#1的索引> <端點#2的索引> … <端點#N的索引>

例如画出一个有4个顶点，4个面的四面体，档案内容为:

?

ply

format ascii 1.0

comment這是一個正四面體

element vertex 4

propertyfloatx

propertyfloaty

propertyfloatz

element face 4

property list ucharintvertex_index

end_header

0 3 0

2.449 -1.0 -1.414

0 -1 2.828

-2.449 -1.0 -1.414

3 0 1 3

3 0 2 1

3 0 3 2

3 1 2 3

其中1~10行是档头, 11~14行是顶点元素列表, 15~18行则是面元素列表。

其中： 0 3 0是顶点

历史

PLY格式发展于90年代中期，在史丹佛大学图学实验室的Marc Levoy教授指导下，由Greg Turk及其他成员开发出来。PLY格式受Wavefront .obj格式的启发，但改进了Obj格式所缺少的对任意属性及群组的扩充性。因此PLY格式发明了”property”及”element”这两个关键词，来概括“顶点、面、相关资讯、群组”的概念。

注意

ply文件不支持中文格式的文件名字,所以在使用过程中避免使用中文来命名。

使用MATLAB对PLY文件进行读操作

function [ Elements, varargout ] = PLY_READ ( Path, Str )

%*****************************************************************************80
%
%% PLY_READ reads a PLY 3D data file.
%
%   [DATA,COMMENTS] = PLY_READ(FILENAME) reads a version 1.0 PLY file
%   FILENAME and returns a structure DATA.  The fields in this structure
%   are defined by the PLY header; each element type is a field and each
%   element property is a subfield.  If the file contains any comments,
%   they are returned in a cell string array COMMENTS.
%
%   [TRI,PTS] = PLY_READ(FILENAME,'tri') or
%   [TRI,PTS,DATA,COMMENTS] = PLY_READ(FILENAME,'tri') converts vertex
%   and face data into triangular connectivity and vertex arrays.  The
%   mesh can then be displayed using the TRISURF command.
%
%   Note: This function is slow for large mesh files (+50K faces),
%   especially when reading data with list type properties.
%
%   Example:
%   [Tri,Pts] = PLY_READ('cow.ply','tri');
%   [Tri,Pts] = PLY_READ('bunny.ply','tri');
%   trisurf(Tri,Pts(:,1),Pts(:,2),Pts(:,3));
%   colormap(gray); axis equal;
%
%  Discussion:
%
%    The original version of this program had a mistake that meant it
%    did not properly triangulate files whose faces were not already triangular.
%    This has been corrected (JVB, 25 February 2007).
%
%    Glenn Ramsey pointed out and corrected a problem that occurred
%    with an uninitialized value of Type2, 27 August 2012.
%
%  Licensing:
%
%    This code is distributed under the GNU LGPL license.
%
%  Modified:
%
%    27 August 2012
%
%  Author:
%
%    Pascal Getreuer 2004
%
%  Parameters:
%
%  Local Parameters:
%
%    COMMENTS, any comments from the file.
%
%    ELEMENTCOUNT, the number of each type of element in file.
%
%    ELEMENTS, the element data.
%
%    PROPERTYTYPES, the element property types.
%
%    SIZEOF, size in bytes of each type.
%

%
%  Open the input file in "read text" mode.
%
  [ fid, Msg ] = fopen ( Path, 'rt' );

  if ( fid == -1 )
    error ( Msg );
  end

  Buf = fscanf ( fid, '%s', 1 );

  if ( ~strcmp ( Buf, 'ply' ) )
    fclose ( fid );
    error('Not a PLY file.');
  end
%
%  Read the header.
%
  Position = ftell(fid);
  Format = '';
  NumComments = 0;
  Comments = {};
  NumElements = 0;
  NumProperties = 0;
  Elements = [];
  ElementCount = [];
  PropertyTypes = [];
  ElementNames = {};  % list of element names in the order they are stored in the file
  PropertyNames = [];  % structure of lists of property names

  while ( 1 )
%
%  Read a line from the file.
%
    Buf = fgetl ( fid );
    BufRem = Buf;
    Token = {};
    Count = 0;
%
%  Split the line into tokens.
%
    while ( ~isempty(BufRem) )

      [ tmp, BufRem ] = strtok(BufRem);
%
%  Count the tokens.
%
      if ( ~isempty ( tmp ) )
        Count = Count + 1;
        Token{Count} = tmp;
      end

    end
%
%  Parse the line.
%
    if ( Count )

      switch lower ( Token{
   1} )
%
%  Read the data format.
%
      case 'format'

        if ( 2 <= Count )

          Format = lower ( Token{
   2} );

          if ( Count == 3 & ~strcmp ( Token{
   3}, '1.0' ) )
            fclose ( fid );
            error('Only PLY format version 1.0 supported.');
          end
        end
%
%  Read a comment.
%
      case 'comment'

        NumComments = NumComments + 1;
        Comments{NumComments} = '';
        for i = 2 : Count
          Comments{NumComments} = [Comments{NumComments},Token{i},' '];
        end
%
%  Read an element name.
%
      case 'element'

        if ( 3 <= Count )

          if ( isfield(Elements,Token{
   2}) )
            fclose ( fid );
            error(['Duplicate element name, ''',Token{
   2},'''.']);
          end

          NumElements = NumElements + 1;
          NumProperties = 0;
          Elements = setfield(Elements,Token{
   2},[]);
          PropertyTypes = setfield(PropertyTypes,Token{
   2},[]);
          ElementNames{NumElements} = Token{
   2};
          PropertyNames = setfield(PropertyNames,Token{
   2},{});
          CurElement = Token{
   2};
          ElementCount(NumElements) = str2double(Token{
   3});

          if ( isnan(ElementCount(NumElements)) )
            fclose ( fid );
            error(['Bad element definition: ',Buf]);
          end

        else

          error(['Bad element definition: ',Buf]);

        end
%
%  Read an element property.
%
      case