JMesh

JMesh
Расширение имени файла	.jmsh, .bmsh
Тип интернет-СМИ	приложение/json
Введите код	ТЕКСТ и ДВОИЧНЫЙ
Разработано	Цяньцянь Фан
Первоначальный выпуск	16 сентября 2020 г .; 3 года назад
Последний выпуск	1.0 Драфт 1 ; 16 сентября 2020 г .; 3 года назад
Тип формата	Обмен данными
Расширено с	JSON , JData
Открытый формат ?	Да
Веб-сайт	openjdata .org

JMesh — это портативный и расширяемый формат файлов на основе JSON для хранения и обмена неструктурированными геометрическими данными, включая дискретизированную геометрию, такую как треугольные и тетраэдральные сетки, параметрическую геометрию, такую как кривые и поверхности NURBS, а также конструктивную геометрию, такую как конструктивная твердотельная геометрия (CGS). ) примитивов формы и сеток. Созданный на основе спецификации JData , файл JMesh использует конструкции JSON и Universal Binary JSON ( UBJSON ) для сериализации и кодирования геометрических структур данных, поэтому его можно напрямую обрабатывать большинством существующих анализаторов JSON и UBJSON. Спецификация JMesh определяет список JSON-совместимых конструкций для кодирования геометрических данных, включая N-мерные (ND) вершины, кривые, поверхности, твердотельные элементы, примитивы форм, их взаимодействия (например, CGS) и пространственные отношения, а также связанные с ними свойства, такие как числовые значения, цвета, нормали, материалы, текстуры и другие свойства, связанные с манипулированием графическими данными, 3D-производством, рендерингом компьютерной графики и анимацией.

Пример файла JMesh

Следующая сетка (тетраэдральная сетка единичного куба) содержит 8 трехмерных вершин, 12 треугольных граней и 6 тетраэдрических элементов.

Вышеуказанную сетку можно сохранить в формате JMesh/JSON как

{
	"_DataInfo_":{
		"JMeshVersion":0.5,
		"CreationTime":"19-Dec-2021 11:53:43",
		"Comment":"Created by iso2mesh 1.9.5-Rev(http:\/\/iso2mesh.sf.net)"
	},
	"MeshVertex3":[
		[0,0,0],
		[1,0,0],
		[0,1,0],
		[1,1,0],
		[0,0,1],
		[1,0,1],
		[0,1,1],
		[1,1,1]
	],
	"MeshTri3":[
		[1,2,4],
		[1,2,6],
		[1,3,4],
		[1,3,7],
		[1,5,6],
		[1,5,7],
		[2,8,4],
		[2,8,6],
		[3,8,4],
		[3,8,7],
		[5,8,6],
		[5,8,7]
	],
	"MeshTet4":[
		[1,2,4,8],
		[1,3,4,8],
		[1,2,6,8],
		[1,5,6,8],
		[1,3,7,8],
		[1,5,7,8]
	]
}

Необязательный "_DataInfo_" запись может содержать дополнительные метаданные согласно спецификации JData .

Вместо использования конструкций данных сетки для конкретных размеров, т.е. MeshVertex3, MeshTri3, и MeshTet4, их также можно заменить соответствующими контейнерами данных гибкой сетки, MeshNode, MeshSurf, и MeshElem, соответственно. Рекомендуется добавить "Dimension": 3 в "_DataInfo_" заголовок метаданных, который помогает синтаксическим анализаторам правильно обрабатывать числовые данные в каждой записи.

В качестве альтернативы, согласно спецификациям JMesh и JData , вышеуказанные двумерные массивы в стиле JSON могут быть сохранены в виде структуры с использованием формата массива ND с аннотациями JData для добавления дополнительной поддержки типов двоичных данных, как показано ниже.

{
	"_DataInfo_":{
		"JMeshVersion":0.5,
		"Dimension":3
	},
	"MeshNode":{
		"_ArrayType_":"double",
		"_ArraySize_":[8,3],
		"_ArrayData_":[0,0,0,1,0,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,1,0,1,0,1,1,1,1,1]
	},
	"MeshSurf":{
		"_ArrayType_":"uint8",
		"_ArraySize_":[12,3],
		"_ArrayData_":[1,2,4,1,2,6,1,3,4,1,3,7,1,5,6,1,5,7,2,8,4,2,8,6,3,8,4,3,8,7,5,8,6,5,8,7]
	},
	"MeshElem":{
		"_ArrayType_":"uint8",
		"_ArraySize_":[6,4],
		"_ArrayData_":[1,2,4,8,1,3,4,8,1,2,6,8,1,5,6,8,1,3,7,8,1,5,7,8]
	}
}

Для больших файлов данных сетки сжатие на уровне записи поддерживается через спецификацию JData . Просто в целях иллюстрации приведенные выше данные JMesh также можно записать как

{
	"_DataInfo_":{
		"JMeshVersion":0.5,
		"Dimension":3
	},
	"MeshNode":{
		"_ArrayType_":"double",
		"_ArraySize_":[8,3],
		"_ArrayZipSize_":[1,24],
		"_ArrayZipType_":"zlib",
		"_ArrayZipData_":"eJxjYMAHPtjjlcaQh/GJ1YdLPy51mDQAp2EONQ=="
	},
	"MeshSurf":{
		"_ArrayType_":"uint8",
		"_ArraySize_":[12,3],
		"_ArrayZipSize_":[1,36],
		"_ArrayZipType_":"zlib",
		"_ArrayZipData_":"eJwFwYcNAAAIArAAMv6/2BY8MNBBhQOXOy7aafXi9QEJtwCj"
	},
	"MeshElem":{
		"_ArrayType_":"uint8",
		"_ArraySize_":[6,4],
		"_ArrayZipSize_":[1,24],
		"_ArrayZipType_":"zlib",
		"_ArrayZipData_":"eJxjZGLhYGQGYiY2DkZWIGZmB9LsHAAExABt"
	}
}

где струны в "_ArrayZipData_" хранить сериализованный по строкам, Zlib -сжатый и закодированный в Base64 двоичный поток необработанных данных двоичного массива с точностью, указанной в _ArrayType_. Сжатие данных на уровне записи может обеспечить значительное уменьшение размера при хранении больших файлов сетки.

Обзор формата

Синтаксис JMesh

Все файлы JMesh соответствуют спецификации JData . Как и JData, он имеет как текстовый формат, основанный на схеме сериализации JSON, так и двоичный формат, основанный на схеме сериализации UBJSON.

Почти все поддерживаемые контейнеры данных сетки (т. е. называемые узлами JData) могут быть определены с использованием одной из двух форм: массива ND или структуры.

Форма массива

Для простых данных можно использовать «форму массива» для хранения данных под ключевым словом JMesh. В таком случае формат данных должен соответствовать правилам «Ключевое слово хранилища N-мерного массива», определенным в спецификации JData. Например, можно сохранить одномерный или двумерный массив, используя формат прямого хранения как

 "jmesh_container_1d": [v1,v2,...,vn], 
 "jmesh_container_2d": [
    [v11,v12,...,v1n],
    [v21,v22,...,v2n],
    ...
    [vm1,vm2,...,vmn]
  ]

или используя формат «аннотированного хранилища» как

 "jmesh_container_nd": {
       "_ArrayType_": "typename",
       "_ArraySize_": [N1,N2,N3,...],
       "_ArrayData_": [v1,v2,v3,...]
  }

Форма структуры

Можно также использовать структуру JData для хранения первичных данных, а также для поддержки дополнительных метаданных, связанных с контейнером. Например, контейнер на основе структуры может иметь следующие подполя:

 "jmesh_container_struct": {
      "_DataInfo_":{
          ...
      },
      "Data":[
          ...
      ],
      "Properties": [
          ...
      ]
 }

Только "Data" Подполе является обязательным и должно содержать те же данные, которые хранятся в «форме массива» (в прямом или аннотированном формате), как показано выше.

Необязательный "Properties" Подполе позволяет хранить дополнительные данные с этим элементом формы/сетки. "Properties" подполе может быть массивом или структурой с дополнительными подполями.

Необязательный "_DataInfo_" — это конструкция JData для хранения метаданных, связанных с этой структурой. Его можно использовать для хранения простых метаданных, таких как дата получения данных, имя оператора или номер версии. Стратегии разделения метаданных между _DataInfo_ и Properties зависит от пользователя.

Сводка ключевых слов JMesh

Большинство ключевых слов контейнера данных, связанных с дискретной геометрией, имеют префикс "Mesh"; Ключевые слова, связанные с параметрическими конструкциями фигур, имеют префикс "Shape"; Ключевые слова, связанные с конструктивной твердотельной геометрией, имеют префикс "CSG". Многие ключевые слова заканчиваются числовым значением, которое обычно представляет номер столбца данных при хранении в формате массива.

Группировка сетки : MeshGroup, MeshObject, MeshPart
Вершины : MeshVertex1, MeshVertex2, MeshVertex3, MeshVertex4
Линии : MeshLine, MeshEdge, MeshBSpline2D
Поверхности : MeshTri3, MeshQuad4, MeshPLC, MeshNURBS
Твердый : MeshTet4, MeshHex8, MeshPyramid5, MeshTet10
Гибкие контейнеры : MeshNode, MeshSurf, MeshPoly, MeshElem
Операторы CSG : CSGObject, CSGUnion, CSGIntersect, CSGSubtract
Текстура : Texture1D, Texture2D, Texture3D
Примитивы двумерной формы : ShapeBox2, ShapeDisc2, ShapeEllipse, ShapeLine2, ShapeArrow2, ShapeAnnulus, ShapeGrid2
Примитивы трехмерных форм : ShapeLine3, ShapePlane3, ShapeBox3, ShapeDisc3, ShapeGrid3, ShapeSphere, ShapeCylinder, ShapeEllipsoid, ShapeTorus, ShapeCone, ShapeConeFrustum, ShapeSphereShell, ShapeSphereSegment
Экструзия и вращение : ShapeExtrude2D, ShapeExtrude3D, ShapeRevolve3D
Характеристики : Color, Normal, Size, Label, Value

Вершины

"MeshVertex1" определяет одномерный вектор положения. Он должен быть определен как числовой вектор размером N на 1 или 1 на N, где N равно общему количеству вершин. Значения в этом векторе должны быть координатами одномерных вершин.

 "MeshVertex1": [x1,x2,x3,...]

"MeshVertex2" определяет двумерный вектор положения. Он должен быть определен как числовой массив размером N×2, где N — общее количество вершин. Каждая строка этого массива содержит координаты вершины.

"MeshVertex2": [
    [x1,y1],
    [x2,y2],
    [x3,y3],
    ...
]

"MeshVertex3" определяет трехмерный вектор положения. Подобно MeshVertex2, он должен быть определен как числовой массив размером N на 3.

"MeshVertex3": [
    [x1,y1,z1],
    [x2,y2,z2],
    [x3,y3,z3],
    ...
]

Сегменты линий и кривые

"MeshPolyLine" определяет набор сегментов линий, используя упорядоченный одномерный список индексов узлов (начиная с 1). Он должен быть определен вектором целых чисел размером 1 на N или N на 1. Если индекс равен 0, он отмечает конец текущего сегмента линии и начинает новый сегмент линии со следующего индекса.

 "MeshPolyLine": [N1, N2, N3, ... ]

"MeshEdge" определяет набор сегментов линии, используя двумерный массив с парой индексов узлов в каждой строке массива. Он должен быть определен целочисленным массивом размером N на 2, где N — общее количество ребер.

"MeshEdge": [
    [N11,N12],
    [N21,N22],
    [N31,N32],
    ...
]

Поверхности

"MeshTri3" определяет дискретизированную поверхность, состоящую из треугольников с тройкой индексов узлов в каждой строке массива. Он должен быть определен целочисленным массивом размером N на 3, где N — общее количество треугольников.

"MeshTri3": [
    [N11, N12, N13],
    [N21, N22, N23],
    [N31, N32, N33],
    ...
]

"MeshQuad4" определяет дискретизированную поверхность, состоящую из четырехугольника с четверкой индексов узлов в каждой строке массива. Он должен быть определен целочисленным массивом размером N на 4, где N — общее количество четырехугольников.

"MeshQuad4": [
    [N11, N12, N13, N14],
    [N21, N22, N23, N24],
    [N31, N32, N33, N24],
    ...
]

"MeshPLC" определяет дискретизированную поверхность, состоящую из многоугольников (кусочно-линейный комплекс) с одинаковыми или разными размерами ребер. Он должен быть определен массивом с элементами целочисленных векторов одинаковой или различной длины.

"MeshPLC": [
    [N11, N12, N13, ...],
    [N21, N22, N23, N24, ...],
    [N31, N32, N33, N34, ..., ...],
    ...
]

Твердые элементы

"MeshTet4" определяет дискретизированную объемную область, состоящую из тетраэдрических элементов, где каждый элемент состоит из четверки индексов узлов. Он должен быть определен целочисленным массивом размером Nx4, где N — общее количество тетраэдров.

"MeshTet4": [
    [N11, N12, N13, N14],
    [N21, N22, N23, N24],
    [N31, N32, N33, N34],
    ...
]

"MeshHex8" определяет дискретизированную объемную область, состоящую из 8-узловых шестигранных элементов, причем каждый элемент задается индексом узла из 8 кортежей. Он должен быть определен целочисленным массивом размером N на 8, где N — общее количество шестигранников.

"MeshHex8": [
    [N11, N12, N13, ..., N18],
    [N21, N22, N23, ..., N28],
    [N31, N32, N33, ..., N28],
    ...
]

"MeshPyramid5" определяет дискретизированную объемную область, состоящую из 5-узловых элементов пирамиды, где каждый элемент задается индексом узла из 5 кортежей. Он должен быть определен целочисленным массивом размером Nx5, где N — общее количество пирамид.

"MeshPyramid5": [
    [N11, N12, N13, ..., N15],
    [N21, N22, N23, ..., N25],
    [N31, N32, N33, ..., N25],
    ...
]

"MeshTet10" определяет дискретизированную объемную область, состоящую из 10-узловых прямолинейных тетраэдрических элементов, причем каждый элемент задается индексом узла из 10 кортежей. Он должен быть определен целочисленным массивом размером N на 10, где N — общее количество тетраэдров с 10 узлами.

"MeshTet10": [
    [N11, N12, N13, ..., N1_10],
    [N21, N22, N23, ..., N2_10],
    [N31, N32, N33, ..., N2_10],
    ...
]

Первые 4 столбца массива задают индексы 4 вершин тетраэдра, идентичные "MeshTet4", а последние 6 столбцов массива указывают индексы узлов среднего края, отсортированные в следующем порядке:

  [N1, N2, N3, N4, N12, N13, N14, N22, N23, N34]

Гибкие сетчатые контейнеры данных

Гибкие контейнеры данных сетки позволяют кодировать широкий спектр данных сетки, используя простой двумерный массив.

"MeshNode" определяет гибкий контейнер для хранения координат вершин и связанных с ними свойств. Он должен быть определен массивом размером N на M, где N — количество вершин, а M — количество координат (D) плюс количество числовых свойств (P), прикрепленных вдоль каждой вершины, т. е. M = D + П

"MeshNode": [
    [x11, y11, z11, ..., w1D, ..., v11, v12, ..., v1P],
    [x21, y21, z21, ..., w2D, ..., v21, v22, ..., v2P],
    [x31, y31, z31, ..., w3D, ..., v31, v32, ..., v3P],
    ...
]

"MeshSurf" определяет гибкий контейнер для хранения участков поверхности фиксированной длины и связанных с ними свойств. Он должен быть определен массивом размером N на M, где N — количество элементов поверхности, а M — количество вершин на элемент (K) плюс количество числовых свойств (P), прикрепленных вдоль каждой вершины, т. е. M = К + П

"MeshSurf": [
    [N11, N11, ..., N1K, ..., v11, v12, ..., v1P],
    [N21, N21, ..., N2K, ..., v21, v22, ..., v2P],
    [N31, N31, ..., N3K, ..., v31, v32, ..., v3P],
    ...
]

"MeshPoly" определяет гибкий контейнер для хранения участков поверхности с переменной длиной узла и связанных с ними свойств. Похоже на: "MeshPLC", он должен определяться массивом с элементами целочисленных векторов, но может содержать дополнительные метаданные в каждом элементе. Для каждого вектора, представляющего участок поверхности, первая нечисловая запись вектора, например структура или подмассив, отмечает начало данных свойства.

"MeshPoly": [
    [N11, N12, N13, ..., {properties}],
    [N21, N22, N23, N24, ...],
    [N31, N32, N33, N34, ..., ..., [properties] ],
    ...
]

"MeshElem" определяет гибкий контейнер для хранения объемных элементов и связанных с ними свойств. Он должен быть определен массивом размером N на M, где N — количество элементов поверхности, а M — количество вершин на элемент (K) плюс количество числовых свойств (P), прикрепленных вдоль каждой вершины, т. е. M = К + П

"MeshElem": [
    [N11, N11, ..., N1K, ..., v11, v12, ..., v1P],
    [N21, N21, ..., N2K, ..., v21, v22, ..., v2P],
    [N31, N31, ..., N3K, ..., v31, v32, ..., v3P],
    ...
]

Примитивы формы

ShapeBox2 : двумерная ограничивающая рамка, выровненная по оси (AABB), определяемая двумя диагональными точками («O» как один конец и «P» как другой конец).

"ShapeBox2": {"O":[x0,y0], "P": [x1,y1]}

ShapeDisc2 : двумерный диск, определяемый центром («O») и радиусом «r».

"ShapeDisc2": {"O":[x0,y0], "R": r}

ShapeEllipse : двумерный эллипс, определяемый центром («O»), осями x и y в неповернутой системе координат («rx» и «ry») и углом поворота «theta0».

"ShapeEllipse": {"O":[x0,y0], "R": [r1,r2], "Angle":theta0}

ShapeLine2 : двумерная линия, определяемая одной точкой вдоль линии («O»), а двумерный вектор («V») выравнивается по направлению линии.

"ShapeLine2": {"O":[x0,y0], "V": [v1,v2]}

ShapeArrow2 : объект двумерной стрелки, определяемый одной точкой вдоль линии («O»), а двумерный вектор («V») выравнивается по направлению линии, а размер стрелки обозначается скаляром. "с"

"ShapeArrow2": {"O":[x0,y0], "V": [v1,v2], "Size": s}

ShapeAnnulus : двумерное кольцевое пространство, определяемое центром («O»), внешним радиусом (r1) и внутренним радиусом (r2).

"ShapeAnnulus": {"O":[x0,y0], "R": [r1,r2]}

ShapeGrid2 : двумерная сетка, определяемая одним концом диагональной линии («O») и другим концом («P»); номера сегментов по первой и второй координате обозначены «Nx» и «Ny» соответственно

"ShapeGrid2": {"O":[x0,y0], "P": [x1,y1], "Step":[Nx,Ny]}

ShapeLine3 : трехмерная линия, определяемая одной точкой вдоль линии («O»), а трехмерный вектор («V») выравнивается по направлению линии.

"ShapeLine3": {"O":[x0,y0,z0], "V": [v1,v2,v3]}

ShapePlane3 : трехмерная плоскость, определяемая одной точкой вдоль линии («O») и трехмерным вектором («N»), указывающим на нормальное направление плоскости.

"ShapePlane3": {"O":[x0,y0,z0], "N": [v1,v2,v3]}

ShapeBox3 : трехмерная ограничивающая рамка, выровненная по оси (AABB), определяемая двумя диагональными точками («O» как один конец и «P» как другой конец).

"ShapeBox3": {"O":[x0,y0,z0], "P": [x1,y1,z1]}

ShapeDisc3 : трехмерный диск, определяемый центром («O») и радиусом «R»; нормальное направление диска указано «N»

"ShapeDisc3": {"O":[x0,y0,z0], "R": r, "N"=[v1,v2,v3]}

ShapeGrid3 : трехмерная сетка, определяемая одним концом диагональной линии («O») и другим концом («P»); количество сегментов по координатам x/y/z обозначается «Nx», «Ny» и «Nz» соответственно.

"ShapeGrid3": {"O":[x0,y0,z0], "P": [x1,y1,z1], "Step":[Nx,Ny,Nz]}

ShapeSphere : трехмерная сфера, определяемая центром («O») и радиусом «r».

"ShapeSphere": {"O":[x0,y0,z0], "R": r}

ShapeCylinder : трехмерный цилиндр, определяемый одним концом цилиндрической оси («O») и другим концом оси «P»; радиус цилиндра указан в «r»

"ShapeCylinder": {"O":[x0,y0,z0], "P":[x1,y1,z1], "R": r}

ShapeEllipsoid : трехмерный эллипсоид, определяемый положением центра («O»), осями x, y и z в предварительно повернутой системе координат (rx, ry, rz), а также углом азимутального вращения theta0 и углом вращения зенита phi0.

"ShapeEllipsoid": {"O":[x0,y0,z0], "R": [rx,ry,rz], "Angle":[theta0, phi0]}

ShapeTorus : трехмерный тор, определяемый центром тора («O»), радиусом тора (r1) и радиусом трубки (r2) и вектором направления нормали «N».

"ShapeTorus": {"O":[x0,y0,z0], "R": r1, "Rtube": r2, "N":[v1,v2,v3]}

ShapeCone : трехмерный конус, определяемый центром нижнего круга конуса («O»), радиусом нижнего круга (r) и положением кончика «P».

"ShapeCone": {"O":[x0,y0,z0], "P": [x1,y1,z1], "R": r}

Библиотека программного обеспечения

Поскольку спецификация JMesh определяется на основе спецификации JData , она использует одни и те же базовые форматы сериализации данных, т.е. JSON для текстовых файлов JMesh (.jmsh) и BJData / UBJSON для двоичных файлов JMesh (.bmsh). Большинство существующих анализаторов JSON могут легко анализировать текстовые файлы JMesh, и аналогичным образом существующие анализаторы UBJSON можно использовать для анализа файлов .bmsh без изменений.

В MATLAB / GNU Octave сохранение данных сетки в формате JMesh поддерживается в Iso2Mesh — наборе инструментов для создания 3-D сетки — через savejmesh функция.

См. также

Ссылки

^ «Спецификация JMesh — Версия 1, черновик 1» . Гитхаб . 14 марта 2022 г.
^ «НейроJSON/jmesh» . Гитхаб . 14 марта 2022 г.

Внешние ссылки

[jdata_v1_draft1-1] «Спецификация JMesh — Версия 1, черновик 1» . Гитхаб . 14 марта 2022 г.

[releases-2] «НейроJSON/jmesh» . Гитхаб . 14 марта 2022 г.

[ 1 ]

[ 2 ]