vmdpython命令_【MMD】⽤python解析VMD格式读取
前⾔
MikuMikuDance(简称MMD)是⼀款动画软件，早期视为Vocaload⾓⾊制作动画的软件，现在还经常能在B站等视频⽹站，或⼀些动画⽹站(某I站)看到MMD作品。
我在⾼中也简单学过操作这款软件以及PE、⽔杉等软件，学会了简单k帧、套动作、调渲染、加后期、压缩等技术，这与我学习计算机专业有很⼤的关系(虽然学校学的和这个⼋竿⼦打不着，或许我应该学美术去)，现在已经分不清很多东西了，封⾯静画就是杂七杂⼋过⽓MME⼀锅扔的成果，得益于G渲的强⼤，还能看出⼀点效果。
现在我想学⼀些3D的开发，包括⽤程序读取模型、动作等，很快我就想到之前⽤过的MMD。
⼀些3D姿势估计(3D pose estimate)或许能得到⾻骼位置以及PAF(⾻骼间关系)，但我需要知道3D动画是如何储存动作数据的，才能想到怎样将姿势估计得到的数据转化为动作数据。
因此我了⼀些资料解析MMD的动作数据VMD(Vocaload Mation Data)⽂件，并写下这篇记录。
我的参考⽂献：
python怎么读取文件中的数据MMD中的VMD⽂件格式详解国内博客，解释VMD格式并⽤Java读取
VMD file formatMMD Wiki
本⽂会⽤python解析vmd⽂件，并纠正上述⽂章的⼀点错误。
根据MMD的规矩，上借物表：
名称
来源
MikuMikuDanceE_v803
圝龙⿓龖龘圝
⼋重樱
神帝宇
封⾯静画：
名称
类别\来源
LightBloom
背光
AutoLuminousBasic
⾃发光特效
HgSAO
阴影
SoftLightSB
柔化
SvSSAO
阴影
景深
dGreenerShader
G渲
Tokyo Stage
场景
⼀、格式说明
⾸先，vmd⽂件本⾝是⼀个⼆进制⽂件，⾥⾯装着类型不同的数据：uint8、uint32_t、float，甚⾄还有不同编码的字符串，因此我们需要⼆进制流读⼊这个⽂件。
vmd格式很像计算机⽹络的协议格式，某某位是什么含义，区别是，vmd⽂件的长度理论上是⽆限的，让我们来看看。
vmd的⼤致格式如下：
头部
关键帧数量
关键帧
头部
最开始的就是头部(header)，看到这就有⼗分强烈的既视感：
类型
长度
含义
byte
30
版本信息
byte
10 or 20
模型名称
其中，版本信息(VersionInformation)长度为30，是ascii编码的字符串，翻译过来有两种，⼀为“Vocaloid Motion Data file”，⼆
为“Vocaloid Motion Data 0002”，长度不⾜30后⽤\0(或者说b'\x00')填充。这是由于vmd版本有两种，⼤概是为了解决模型名称长度不⾜，因此后续只影响模型名称的占⽤长度。
模型名称(ModelName)，是动作数据保存时⽤的模型的模型名，通过这个我们可以获取到那个名称，我们知道，⼀个动作数据想要运作起来，只要套⽤模型的⾻骼名称是标准的模板就可以，因此我想象不出这个名称有何⽤处，或许某些模型带有特殊⾻骼，例如翅膀之类的，这样能⽅便回溯？模型名称的长度根据版本⽽决定，version1为10，version长度为20。编码原⽂写的是shift-JIS，是⽇语编码，这样想没错，然⽽我试验后发现并⾮如此，例如经常改模型的⼤神神帝宇的模型，他的模型名称⽤shift-JIS为乱码，⽤gb2312竟然能正常读出来；还有机动⽜⾁⼤神的模型，他的模型名称⽤gb2312⽆法解码，⽤shift-JIS解码竟然是正常的简体中⽂怎么做到的？
⾻骼关键帧(BoneKeyFrame)
⾻骼关键帧，分为两部分：⾻骼关键帧数、⾻骼关键帧记录：
类型
长度
uint32_t
4
⾻骼关键帧数量 BoneKeyFrameNumber 类型
长度
含义
byte
15
⾻骼名称 BoneName
uint32_t
4
关键帧时间 FrameTime
float*3
12
x,y,z空间坐标
float*4
16
旋转四元数x,y,z,w
uint8_t * 16 or uint32 * 4
16
补间曲线x的坐标 XCurve
uint8_t * 16 or uint32 * 4
16
补间曲线y的坐标 YCurve
uint8_t * 16 or uint32 * 4
16
补间曲线z的坐标 ZCurve
uint8_t * 16 or uint32 * 4
16
补间曲线旋转的坐标 RCurve
byte
111
合计
为何要分开写呢？因为⾻骼关键帧数量只需要⼀个就够了，⽽后⾯⾻骼关键帧记录的数量会和前⾯的⾻骼关键帧数量保持⼀致，最后⼤概是这种效果：
我们可以查⼀下，每个⾻骼关键帧的数量为111字节。
旋转坐标
⼀开始还没发现，旋转坐标竟然有四个，分别为x, y, z, w，急的我去MMD⾥查看⼀下，发现和我印象中没有什么差别
都是[-180, 180]的⾓度值，我⽤程序跑的时候，这四个值完全看不懂；幸好在英⽂⽹站上到这个表⽰⽅法：四元数。四元数是⽤四个值
表⽰旋转的⽅法
，
其中
都是虚数，我上⽹了⼀堆资料，并且得到了四元数转化欧拉⾓的公式
得到的是⾓度制，我们通过⾓度制转弧度制的公式即可算出和MMD中等同的⾓度表⽰。
补间曲线
为何补间曲线的类型不确定呢？上⾯csdn博客的教程说“uint8_t那⾥有冗余，每四个只读第⼀个就⾏”。说的没有问题，⾸先我们要清楚这个补间曲线坐标的含义。
我们打开MMD，读⼊模型，随意改变⼀个⾻骼点，记录帧，就会发现左下⾓会出现补间曲线。
  补间曲线的⽤处，就是⾃动补齐当前记录帧与上⼀个记录帧之间动作的变化顺序，曲线斜率越⾼，动作变化越快，具体教程可以参照贴
吧中的教程，我们可以通过拖动红⾊的⼩x改变调节线，从⽽改变曲线
每⼀组⼩红x的坐标，就可以唯⼀确定⼀条补间曲线，因此，上⾯的补间曲线存储的就是⼩红x的坐标
，其中左下⾓调整线的⼩红x是看做点1，通过程序读取，我知道，⼩红x的坐标取值为[0~127]间的整
数，因此⽤1字节完全可以存下，可能是当时的设计错误，⽤了32位整数存，⾼24位完全浪费了，完全可以不⽤读取，因此我们可以直接读取32位⽆符号整数或读取8位⽆符
号整数，然后跳过24位。
如果曲线只有⼀个，那么为什么会有四个补间曲线呢？实际上不⽌⼀个，补间曲线框的右上⾓就有个下拉菜单可以选择，对于圆形⾻骼，没有相对位置变化，x, y, z补间曲线没有⽤，只有旋转速率可以调节，⽽⽅框⾻骼可以移动，因此x, y, z, 旋转补间曲线都有⽤处。
回过头来，再说⼀下补间曲线的坐标，在这⾥，是以左下⾓为原点，横纵⽅向[0, 127]的坐标轴
1.png
后⾯的格式与这个格式⼤同⼩异。
表情关键帧(MorphKeyFrame)
表情关键帧分为：表情关键帧数、表情关键帧记录：
类型
长度
含义
uint32_t
4
表情关键帧数量 MorphKeyFrameNumber
类型
长度
含义
byte
15
表情名称 MorphName
uint32_t
4
关键帧时间 FrameTime
float
4
程度 Weight
byte
23
合计
表情关键帧每个记录长度为23字节，其中程度(Weight)是取值为[0, 1]之间的浮点数，在MMD中的表现如下：镜头(CameraKeyFrame)
镜头关键帧分为：镜头关键帧数、镜头关键帧记录：
类型
长度
含义
uint32_t
4
镜头关键帧数量 CameraKeyFrameNumber
类型
长度
含义
uint32_t
4
关键帧时间 FrameTime
float
4
距离 Distance
float*3
12
x,y,z空间坐标

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