C3D文件LabVIEW編輯方法

*c3d文件是一種公用文件格式，自1980年代中期以來，已在生物力學(xué)，動(dòng)畫和步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)室中用于記錄同步的3D和模擬數(shù)據(jù)。3D Motion Capture System制造商、Animation行業(yè)的公司基本都為它提供支持。

作者這里大體上描述下*c3d文件格式。*c3d文件是一種二進(jìn)制文件，這有利于應(yīng)用程序快速讀取與存儲(chǔ)，但就是不直觀。二進(jìn)制數(shù)據(jù)根據(jù)CPU的不同分為Intel、DEC、SGI三種，Intel和DEC是低位在前存儲(chǔ)，SGI是高位前端存儲(chǔ)。大家在讀*c3d文件時(shí)首先要讀取文件具體是哪種二進(jìn)制文件格式，后面的解析才是準(zhǔn)確的。C3D文件文件格式是按照數(shù)據(jù)塊存儲(chǔ)的，每512個(gè)bit為一個(gè)數(shù)據(jù)塊，這有利于數(shù)據(jù)查找與組織。

*c3d文件主要是頭文件塊512個(gè)字節(jié)，組與參數(shù)塊1個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)塊，再就是三維點(diǎn)和模擬數(shù)據(jù)塊。

<頭文件數(shù)據(jù)塊>

*c3d頭文件主要描述了，三維點(diǎn)的數(shù)量、模擬數(shù)據(jù)量、每幀模擬數(shù)據(jù)量、點(diǎn)的采樣頻率、Scal值等參數(shù)以及事件參數(shù)。*c3d存儲(chǔ)三維點(diǎn)及模擬數(shù)據(jù)可以是I16整型數(shù)據(jù)格式或者是32位的浮點(diǎn)型，通過Scal值的正負(fù)來判斷，Scal為負(fù)值，就是32位的浮點(diǎn)型，正值就是I16整型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

<組與參數(shù)數(shù)據(jù)塊>

*c3d文件的組與參數(shù)主要是存儲(chǔ)對各個(gè)參數(shù)的描述，比如POINT組（指的是三維點(diǎn)）這一個(gè)組里面又包含很多的參數(shù)，比如USED、SCAL、LABLES...；類似于一級樹形結(jié)構(gòu)。

<組的存儲(chǔ)格式>

<參數(shù)存儲(chǔ)格式>

*c3d文件組與參數(shù)的存儲(chǔ)并不是先存組后存參數(shù)，是無需狀態(tài)，有可能是存完一個(gè)組后，跟著存另一個(gè)組，也有可能是存第一個(gè)組下面的參數(shù)，具體存的組或者是參數(shù)根據(jù)第二個(gè)字節(jié)的正負(fù)判斷，負(fù)數(shù)是組，正數(shù)是組下面的參數(shù)。

<數(shù)據(jù)塊>

點(diǎn)與模擬數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)包含多個(gè)數(shù)據(jù)塊。數(shù)據(jù)可以是整型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也可以浮點(diǎn)類型存儲(chǔ)，整形數(shù)據(jù)格式會(huì)小一倍，整形點(diǎn)數(shù)據(jù)需要乘以Scal還原成浮點(diǎn)類型，浮點(diǎn)類型則不需要。數(shù)據(jù)是一幀一幀的存儲(chǔ)，先存點(diǎn)再存模擬信號（如果有的話）。

<整型點(diǎn)的數(shù)據(jù)格式>

一共是8個(gè)bit，注意最后的2個(gè)字節(jié)，1-7位是相機(jī)的掩碼，最后8位是數(shù)據(jù)的殘差。

<32位浮點(diǎn)型點(diǎn)的格式>

一共是16個(gè)bit，前12個(gè)bit是點(diǎn)的XYZ坐標(biāo)，后面4個(gè)先轉(zhuǎn)成16位整形再解析相機(jī)的掩碼和數(shù)據(jù)的殘差。

<模擬信號存儲(chǔ)>

模擬信號的數(shù)據(jù)格式與點(diǎn)的數(shù)據(jù)格式必須保持一致，都是整型或者都是浮點(diǎn)型。模擬信號需要通過以下公式進(jìn)行換算

ANALOG組下面讀出OFFSET,SCAL,GEN_SCALE參數(shù)。

模擬信號的存儲(chǔ)是每幀一個(gè)sample一個(gè)sample的存儲(chǔ)，比如點(diǎn)的幀頻是50Hz，模擬信號的幀頻是200Hz，每幀需要存儲(chǔ)4個(gè)sample,這個(gè)參數(shù)在頭文件里面有描述。每個(gè)Sample里面包含多個(gè)通道的數(shù)據(jù)，具體多少通道參考ANALOG組下面USED參數(shù)的數(shù)值。

<方法一>

首先介紹下官網(wǎng)的方法，下載C3Dserver_setup.exe安裝，安裝完成后計(jì)算機(jī)就存在了C3Dserver的ActiveX控件。LabVIEW通過ActiveX控件對文件進(jìn)行操作，比如讀、修改及存儲(chǔ)。這個(gè)分免費(fèi)版和付費(fèi)版。免費(fèi)版與付費(fèi)版的唯一區(qū)別就是免費(fèi)版速度會(huì)慢，就是故意加了延時(shí)！但是這個(gè)打包成自己的做的軟件畢竟是不方便，一個(gè)是慢一個(gè)是要安裝插件，不是很專業(yè)。

<方法二>

最好的解決方案就是認(rèn)真讀文檔用LabVIEW寫一套*c3d文件編輯工具，不依賴第三方,作者就干了這事，制作了Motion_Lab_C3D LabVIEW庫。

C3D_Reader支持文件頭、事件頭、組與參數(shù)、數(shù)據(jù)的讀取。

C3D_Writer根據(jù)輸入的頭、組與參數(shù)、點(diǎn)、模擬數(shù)據(jù)，保存為標(biāo)準(zhǔn)的*c3d文件。另外開發(fā)了快速搜索數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，支持組與參數(shù)數(shù)據(jù)的快速檢索與修改。

后面這套工具將集成到Azure Kinect Sensor&BodyTracking For LabVIEW工具包，用于人體跟蹤后的動(dòng)捕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，這將有助于開發(fā)者將跟蹤的動(dòng)捕數(shù)據(jù)快速遷移到第三方軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)學(xué)分析、動(dòng)畫制作等應(yīng)用。下一個(gè)版本更新！

審核編輯：湯梓紅