[3D数据存储] Archive (File Container) | 创建/写入/读取 | 存储格式HDF5

链接：https://www.alembic.io/

docs：Alembic

Alembic是一种强大的开放交换格式和库，用于高效存储和交换复杂3D场景数据。

它允许艺术家和工作室以稳健无损的方式在不同3D软件应用之间**归档和传输动画几何体、相机及材质**。

概览

章节

1. 归档（文件容器）
   
2. 对象（场景节点）
   
3. 属性（数据容器）
   
4. 时间采样（动画时间轴）
   
5. 几何体模式（3D数据类型）
   
6. 材质模式（着色器定义）
   
7. 分层归档（文件叠加）
   

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第一章：归档（文件容器）

欢迎进入Alembic的精彩世界~

在这开篇章节中，我们将从Alembic存储3D数据的基础——归档（常称为文件容器）开始探索。

什么是归档？为什么需要它？

想象我们正在创建复杂3D场景，可能包含：

• 角色模型
• 角色动画（行走、跳跃）
• 背景环境（树木、山脉）
• 场景照明
• 捕捉动作的相机

传统方式保存这些元素意味着需要多个文件，或依赖特定软件专属格式。这使得协作共享变得困难。

Alembic通过将所有3D场景相关元素打包至单一自包含文件解决此问题，该文件即称为"归档"（或文件容器）。

可将Alembic归档视作特殊.zip文件，但专为3D图形数据设计。

它不仅压缩文档，更以高度结构化方式高效存储3D模型、动画、相机等元素。

本章目标是掌握Alembic归档基础操作：打开现有归档读取数据与创建新归档写入数据。

读取归档数据（IArchive）

当需要处理现有Alembic文件（如my_scene.abc）时，需"打开"它。Alembic中使用IArchive（“I"代表"输入"或"读取”）。

由于Alembic文件可能采用不同底层格式（如HDF5或Ogawa，目前无需深究），Alembic提供名为IFactory的智能工具识别文件格式。IFactory如同智能"钥匙串"，尝试不同密钥直至找到正确方式打开文件。

以下是C++中使用IFactory打开Alembic文件的示例：

#include <Alembic/AbcCoreFactory/All.h> // 用于IFactory
#include <Alembic/Abc/All.h>           // 用于IArchive// ... 函数内部 ...Alembic::AbcCoreFactory::IFactory factory; // 智能钥匙串
Alembic::AbcCoreFactory::IFactory::CoreType coreType; // 识别文件类型// 尝试打开"input_scene.abc"
Alembic::Abc::IArchive archive = factory.getArchive("input_scene.abc", coreType);// 验证归档是否成功打开
if (!archive.valid()) 
{// 错误处理：文件无法打开printf("错误：指定的Alembic文件无效！\n");return 1; // 返回失败状态
}// 执行至此，'archive'已代表打开的Alembic文件~

factory.getArchive

若"input_scene.abc"有效，archive变量将成为有效IArchive对象，作为访问文件内3D数据的入口。

写入归档数据（OArchive）

创建新Alembic文件并保存3D场景时，使用OArchive（“O"代表"输出"或"写入”）。

创建OArchive时需指定存储格式，主流选项为HDF5和Ogawa，初学者任选其一即可，选择通常取决于性能需求。

以下是使用HDF5格式创建"output_scene.abc"的示例：

#include <Alembic/AbcCoreHDF5/All.h> // 用于HDF5写入
#include <Alembic/Abc/All.h>         // 用于OArchive// ... 函数内部 ...// 创建名为"output_scene.abc"的新Alembic文件
// 使用Alembic::AbcCoreHDF5::WriteArchive()指定HDF5格式Alembic::Abc::OArchive outArchive = Alembic::Abc::OArchive(Alembic::AbcCoreHDF5::WriteArchive(), // 指定使用HDF5"output_scene.abc",                   // 新文件名Alembic::Abc::MetaData(),             // 可选：当前为空元数据Alembic::Abc::ErrorHandler::kThrowPolicy // 错误处理策略
);// 执行至此，'outArchive'已代表新建的空Alembic文件~

此代码将创建"output_scene.abc"文件，初始为空，outArchive对象已准备好接收3D场景元素。

数据存储格式

HDF5
一种通用的文件格式，用于存储和管理大规模科学数据，支持分层组织和高效压缩，广泛应用于科研和工程领域。

Ogawa
Alembic（一种3D图形数据交换格式）的专用存储格式，针对动画和特效数据的快速读写进行了优化，结构简单且轻量。

底层原理：归档工作机制

简析打开/创建Alembic归档时的内部过程。

打开归档（IArchive）

IFactory打开Alembic文件的过程：

1. 用户请求：告知IFactory要打开的文件名
2. 文件检查：IFactory读取文件头确定内部结构（如HDF5、Ogawa）
3. 阅读器创建：根据文件类型创建对应阅读器（如AbcCoreOgawa::ReadArchive）
4. IArchive就绪：返回IArchive对象供访问数据

Alembic工具AbcConvert演示此过程，可见factory.getArchive调用：

// 摘自：bin/AbcConvert/AbcConvert.cpp
// ...
Alembic::AbcCoreFactory::IFactory factory;
Alembic::AbcCoreFactory::IFactory::CoreType coreType;// 单个输入文件时直接获取归档
if(options.inFiles.size() == 1)
{archive = factory.getArchive(*options.inFiles.begin(), coreType);// ... 错误处理 ...
}
// ...

factory.getArchive尝试打开文件并识别coreType，archive变量即成为IArchive实例。

IArchive类定义于lib/Alembic/Abc/IArchive.h，其构造函数接收ARCHIVE_CTOR（由IFactory在识别文件类型后提供）：

// 摘自：lib/Alembic/Abc/IArchive.h
// ...
template <class ARCHIVE_CTOR>
IArchive::IArchive( ARCHIVE_CTOR iCtor, // 特定阅读器（HDF5、Ogawa）const std::string &iFileName,ErrorHandler::Policy iPolicy,AbcA::ReadArraySampleCachePtr iCachePtr )
{// ...m_archive = iCtor( iFileName, iCachePtr ); // 实际打开文件// ...
}
// ...

创建归档（OArchive）

创建新Alembic文件过程更直接，因需明确指定格式：

1. 用户请求：指定文件名和存储格式（如Alembic::AbcCoreHDF5::WriteArchive()）
2. 容器初始化：OArchive在磁盘创建空文件并写入格式头信息
3. OArchive就绪：返回OArchive对象作为新文件句柄

AbcConvert.cpp示例展示如何显式创建OArchive：

// 摘自：bin/AbcConvert/AbcConvert.cpp
// ...
Alembic::Abc::OArchive outArchive;
if (options.toType == IFactoryNS::kHDF5)
{outArchive = Alembic::Abc::OArchive(Alembic::AbcCoreHDF5::WriteArchive(), // 指定HDF5写入器options.outFile,                      // 输出文件名inTop.getMetaData(),                  // 元数据（从输入复制）Alembic::Abc::ErrorHandler::kThrowPolicy);
}
// ...

此处直接使用Alembic::AbcCoreHDF5::WriteArchive()作为ARCHIVE_CTOR创建HDF5格式输出归档。

OArchive类定义于lib/Alembic/Abc/OArchive.h，其构造函数模式相同：

// 摘自：lib/Alembic/Abc/OArchive.h
// ...
template <class ARCHIVE_CTOR>
OArchive::OArchive( ARCHIVE_CTOR iCtor, // 特定写入器（HDF5、Ogawa）const std::string &iFileName,const Argument &iArg0,const Argument &iArg1 )
{// ...m_archive = iCtor( iFileName, args.getMetaData() ); // 实际创建文件// ...
}
// ...

总结

本章学习到**Alembic归档**是3D场景数据的核心容器，如同专用压缩文件。

• 使用IArchive**读取**现有Alembic文件，常借助IFactory自动检测文件格式
• 使用OArchive**写入**新Alembic文件，明确选择存储格式（如HDF5或Ogawa）

IArchive和OArchive是操作这些强大数据容器的主要接口。但容器内具体结构如何？这正是下一章要探索的内容！

第二章：对象（场景节点）