[Software Tips] plyファイル（3次元モデリングファイル）の読み方、書き方

最終更新日：2022年9月14日（初版作成日：2021年8月2日）

plyファイルとは
plyフォーマット
plyファイルの読み方
plyファイルの書き方
参考
改訂履歴

plyファイルとは

拡張子”.ply”は、polygon（多角形）の略であり、多量の多角形を使って立体を表現している。正式には、Polygon File Formatもしくは、Standord Trigngle Formatと言う。 PLY(ファイル形式) on Wikipedia

plyフォーマット

plyフォーマットは、ヘッダとデータに分かれており、データ部分はテキストデータ、バイナリーデータを選択できる。変換ソフトウェア（ Meshlab など）を使用することで、データ部分を交互に変換できる。実際にplyファイルをテキストエディタで見ると分かりやすいので、以下で Realsense Viewer（Intel RealSenseのViewer）で生成されたplyファイルを見てみる。

“sample.ply”をテキストエディタで開くと、

上記の”ply”から”end_header”までが、ヘッダで、それ以降、鳴門マークになっているのがバイナリーデータ部分である。バイナリーデータは直接読むことはできないが、 Meshlab で読み込んで、再度保存するときにバイナリーパラメータを解除すること（下図の赤丸）で、テキストデータとして確認できる。

画像引用元：MeshLab

再度保存したデータをテキストエディタで開くとデータを参照できる（”…”は、省略）。

plyファイルの読み方

plyファイルは、基本的にはヘッダと頂点情報（点群）とその頂点を使用した面情報からできている。前段の行番号付きのplyデータを、1行づつ読んでいく。

まず、1行目は、plyファイルであるという識別子”ply”
2行目は、データの”format”。テキストに変換されているので、”ascii 1.0″（データ部をテキストに変換する前の”format”は、バイナリーデータなので、”binary_little_endian 1.0″）
備考）ビックエンディアンの場合、”binary_big_endian 1.0″
3行目は、”comment”文、VCGLIB（Meshlabの）で生成されたというコメント（何もしない行、コメント文を追加して自由に情報を追加できる）
4行目から13行目は、データの構成
4行目、頂点（”vertex”）は、149763個
5〜11行目、頂点には次の特徴量がある、x, y, z, red, green, bule, alpha
12行目、面（”face”）は、291156個
13行目、面は、頂点の個数と頂点の番号のリストからなる
14行目、ヘッダの終わり
15〜17行目、x, y, z, red, green, blue, alpha、が149763行続く
20〜22行目、頂点個数（つまり三角形）、使用頂点の通し番号、が291156行続く

備考1.）他のパラメータは、参考 4. PLY 形式（MathWorks）を参照。

備考2.）plyファイル自体は、長さの単位の情報は持たない。長さの単位は使用者が決めるため、カメラ等での実際の距離測定の場合は、注意が必要（以下はIntel RealSenseの場合）。
参考）3. How do I get Real Distance of Objects Using .ply Files with Intel® RealSense™ D400 Cameras?

plyファイルの書き方

plyファイルの読み方が分かったところで、豆腐のplyファイルを生成してみる。
平たい長方形なので、頂点は8点、面は6面。
(x, y, z) = (0, 0, 0)を0番目の点として、x方向（画面横）に2、y方向（画面縦）に0.5、z方向（画面奥行き）に1の長方形を作る。

まず1行目には、”ply”
手で入力していくのでテキストデータにする、“format ascii 1.0”
頂点は8個なので、“element vertex 8”
特徴量はx,y,z、“property float x”, “property float y”, “property float z”
面は6面なので、“element face 6”
頂点のリストフォーマットは、“property list uchar int vertex_indices”
で、最後に、“end_header”
上図に合わせてまず、0番の点座標を入力、“0 0 0”
上図に合わせてまず、1番の点座標を入力、“0 1 0”
…以下7番まで同様に続く
上図に合わせて面情報を入力、まず手前の面。頂点4個で、0 1 3 2で面を作るから、“4 0 1 3 2”
…以下6面分同様に続く

備考1）頂点の通し番号は、0から指定する。
備考2）多角形は、三角形でなくとも良い。
まとめると、以下のようになる。

ply
format ascii 1.0
element vertex 8
property float x
property float y
property float z
element face 6
property list uchar int vertex_indices
end_header
0 0 0
0 0.5 0
2 0 0
2 0.5 0
0 0 1
0 0.5 1
2 0 1
2 0.5 1
4 0 1 3 2
4 3 7 6 2
4 7 6 4 5
4 5 4 0 1
4 1 3 7 5
4 0 2 6 4

豆腐を車庫に改造してみる。以下は、手前の面と奥の面と底面を抜くplyファイルの記述である。
具体的には、“element face 6”を“element face 3”にして、手前、奥、底面の面情報を削除する。

ply
format ascii 1.0
element vertex 8
property float x
property float y
property float z
element face 3
property list uchar int vertex_indices
end_header
0 0 0
0 0.5 0
2 0 0
2 0.5 0
0 0 1
0 0.5 1
2 0 1
2 0.5 1
4 3 7 6 2
4 5 4 0 1
4 1 3 7 5