Fbx解説 (1 構文編) (1)

1
FBX解説 (1: 構文編) (1)
らりお

美少女の3Dモデルを表示したい

23 . 1
概要
FBXの構文レベルの仕様の解説
自作FBXライブラリ fbx_direct の紹介
(このスライドはasciidocで書いてヴァーっと生成しました)

FBX #とは
Autodesk社が仕様を管理している、3Dコンテンツのフ
ァイル形式。
メッシュだけでなく、アニメーションなど様々なデー
タを突っ込める
プロプライエタリ
祝バージョンアップ(7.5)

5 . 1
FBX形式
実はFBX形式は、2つの概念に分けて考えられる。
構文 (syntax)
3Dデータ構造 (schema)

構文 (SYNTAX)
データがどのようにファイル上に配置されるか
バイナリやテキストをどのような構造として捉えるか
→SVGやCOLLADAで言うところのXMLフォーマット、
動画で言うところのコンテナ(AVIとかMPEG-2 TSとかMP4
とか)

5 . 2
3Dデータ構造 (SCHEMA)
構文通りに読み取った汎用的なデータ構造を、どのよ
うに3Dデータとして解釈するか
頂点と法線とUVはメッシュの持つ情報で、テクスチャ
はマテリアルが保持していて、等々
→SVGやCOLLADAで言うところのschema、
動画で言うところのCODEC(DivXとかXvidとかH.264とか)

5 . 3
論文に喩えるなら
「日本語」「英語」が構文
汎用的なデータを表現する形式を決めるだけで、中身
までは(一般には)決定しない
この段階では、あらゆる文章が表現できる
が、たまーに「この言語でないと表現できない情
報」のようなものも存在することがある

5 . 4
論文に喩えるなら
「中身の構成」が構造(スキーマ)
小説は論文としては解釈できない
最初に「はじめに」みたいなのがあって、最後にまと
めとかがあって、参考文献もある。謝辞は任意？
セクションの名前、内容、順番や個数、ネストの構
造等が重要
論文書いたことないのでわかりませ〜んwww
ここでは、構文(この喩えでは言語)がどのようなものか
は問われない

5 . 56
今回は
今回は、この構文について解説する。
(3Dデータ構造の方は間に合わなかった、今実装中)

2種類の構文
一般の木構造を表現できる。
(つまり、XMLやjsonと、情報を失わず相互に変換できるはず)
FBX binary
バイナリ形式
たぶんこっちの方が一般的
FBX ascii
テキスト(ASCII)形式
人間でも読める感じ

7
FBXファイル全体の(構文的な)構造
FBXのデータは、以下の要素で構成される
ノード
node property (正式名称不明)
その他メタデータ(ファイル自体のヘッダやフッタ、
コメントなど)
ファイルは複数のトップレベルノードを持つ
もちろん、暗黙のルートノードを想定することはで
きる

8
FBXが表現できる一般的な木構造
ノード (XMLならelement) は以下のものを持つ
0個以上のnode property (XMLでの属性(attribute))
0個以上の子ノード

9 . 1
実例見ようぜ (1)
Definitions (トップレベルノードのひとつ)
; Document Description
;----------------------------------------
Definitions: {
Version: 100
Count: 1
ObjectType: "GlobalSettings" {
Count: 1
}
}
References (トップレベルノードのひとつ)
; Document References
;----------------------------------------
References: {
}

9 . 2
実例見ようぜ (2)
Documents (トップレベルノードのひとつ)
; Object definitions
;----------------------------------------
Documents: {
Count: 1
Document: 22452928, "Test Scene", "Scene" {
Properties70: {
P: "SourceObject", "object", "", ""
P: "ActiveAnimStackName", "KString", "", "", ""
}
RootNode: 0
}
}

9 . 3
これがFBX ASCII形式だ！ (ﾊﾞﾊﾞｰﾝ)
普通のノード
(ノード名): (プロパティ0個以上、カンマ区切り) {
(子ノード0個以上)
}
node propertyあり、子ノードなしの場合の略記法
(ノード名): (プロパティ1個以上)
コメント
; comments poyo
実際、手書き可能
あと、デバッグに便利

10
対して、FBX BINARYはこんな感じ
マジックバイナリ
謎の2バイト (内容固定)
FBXバージョン
トップレベルノード
NULL-record
ファイルのフッタ
なんだかんだ読める
皆様にも読めるようになっていただきます

11 . 1
マジックバイナリと謎の2バイト
マジックバイナリ
FBXファイルであると確証を得るための、内容固定の
バイト列
詳細不明な2バイト ([0x1a, 0x00])
マジックの一部と見做すべきかな？
ここでFBX asciiかFBX binaryか判断がつくので、結構重
要
4b 61 79 64 61 72 61 20 46 42 58 20 42 69 6e 61 Kaydara FBX Bina
72 79 20 20 00 1a 00 ry ...

11 . 2
FBXバージョン
FBXバージョン (構文とスキーマで共通)
7.4.0なら 7400 、7.5.0なら 7500 といった感じ
FBX SDK 2015では7.4、FBX SDK 2016では7.5
リトルエンディアン、4バイト
00000017: 4c 1d 00 00
0x00001d4c ⇒ 7500
00000017: e8 1c 00 00
0x00001ce8 ⇒ 7400

11 . 3
先述のノードをひたすら並べる
ファイルのコンテンツ
マイナーバージョンアップにより、7.5から仕様に変
更がありました！！！
詳しくは後で

11 . 4
NULL-RECORD
NULL-record
暗黙のルートノードの終了を示すマーカー
FBX binaryでのノードの表現と深く関係があるので後
述
正式な用語ではない

11 . 5
ファイルのフッタ
以下の要素からなる
乱数っぽい謎の16バイト
パディング
謎の4バイト(内容固定)
FBXバージョン
0 (120バイト)
謎の16バイト(内容固定)

12 . 1
乱数っぽい謎の16バイト
一例 (FBX 7.5):
fa bc a8 02 d8 c8 d7 6a bf 74 fb 8f 11 ff 29 72
FBX 7.3〜7.5で確認した限り、どのファイルも
fx bx ax 0x dx cx dx 6x bx 7x fx 8x 1x fx 2x 7x
のような16バイトである
→完全な乱数でもない、UUIDでもない…
情報求む

12 . 2
パディング、謎の4バイト
パディング
16バイト境界まで揃える
blender-2.72bのFBXエクスポータは、これをやってい
ない
謎の4バイト
常に0 (0x00000000)
存在意義不明。謎。
00005980: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 fa bc a8 02
00005990: d8 c8 d7 6a bf 74 fb 8f 11 ff 29 72 00 00 00 00

12 . 3
FBXバージョン、120バイトの0、謎
の16バイト
FBXバージョン
これヘッダにもあったんだけど…
例のごとくリトルエンディアン、4バイト
120バイトの 0
謎の16バイト (内容固定)
000059a0: 00 00 00 00 4c 1d 00 00
f8 5a 8c 6a de f5 d9 7e ec e9 0c e3 75 8f 29 0b

12 . 4
フッタの全体像
$ xxd -g1 -s -176 binary_props.fbx
00005980: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 fa bc a8 02 ................
00005990: d8 c8 d7 6a bf 74 fb 8f 11 ff 29 72 00 00 00 00 ...j.t....)r....
000059a0: 00 00 00 00 4c 1d 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ....L...........
000059b0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
000059c0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
000059d0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
000059e0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
000059f0: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
00005a00: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
00005a10: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ................
00005a20: f8 5a 8c 6a de f5 d9 7e ec e9 0c e3 75 8f 29 0b .Z.j...~....u.).
視えますね

12 . 5
FBX BINARYでのノードの表現
ひとつのノード(子孫含む)全体の、ファイル上での表現
を、ノードレコードと呼ぶことにする(公式の名称ではな
い)。
以下のものが並んでいる:
Node record header (正式名称ではない)
ノード名
プロパティリスト (node propertyの羅列)
子ノード(の羅列)
NULL-record (条件を満たす場合のみ省略可能)

13 . 1
NODE RECORD HEADER
全てのノードレコードが持つ固定長のヘッダ。
フィールド <=FBX7.4 >=FBX7.5
終端オフセット 4 bytes 8 bytes
node propertyの数 4 bytes 8 bytes
プロパティリストのバイト長 4 bytes 8 bytes
ノード名のバイト長 1 byte 1 byte

13 . 2
NODE RECORD HEADERのフィールド
終端オフセット
ノードの終了場所の(正確には、そのノードの次の情
報の最初の)バイトオフセット。
node propertyの数
自明にて説明不要。
プロパティリストのバイト長
各node propertyは可変長なので、合計のバイトサイ
ズ。

13 . 3
ノード名
ノード名のバイト長は1バイト。
ただし、ノード名はNUL終端ではない。
FBX ascii (最初のトップレベルノード)
FBXHeaderExtension: {
FBXHeaderVersion: 1003
FBX binary (先頭アドレスは 0x00000010)
72 79 20 20 00 1a 00 4c 1d 00 00 9c 09 00 00 00 | ry ...L........
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 12 46 42 58 48 65 61 64 65 72 45 78 74 | ....FBXHeaderExt
65 6e 73 69 6f 6e 74 00 00 00 00 00 00 00 01 00 | ensiont.........

13 . 4
NODE PROPERTY
以下からなる。
型コード (1バイト、ASCII文字)
以下のいずれか (型コードによる)
プリミティブ型 (型に応じて固定長)
配列型 (可変長)
特殊型 (可変長)

14 . 1
プリミティブ型
型コード C Y I L F D
型 bool i16 i32 i64 f32 f64
全てリトルエンディアン。
booleanは1バイト。
booleanは true が Y 、false が T であることに注意。
blender-2.72bのFBXエクスポータは true で 0x01 、
false で 0x00 を吐くため、 FBX SDK等で読むと情報が
欠落する。

14 . 2
BLENDERのFBXエクスポータの
BOOL
6b 58 00 00 01 00 00 00 02 00 00 | kX.........
00 07 53 68 61 64 69 6e 67 43 01 | ..ShadingC.
終端オフセット: 0x0000586b
プロパティ数: 0x00000001
プロパティのバイト長: 0x00000002
ノード名(0x07 バイト): Shading
最初のプロパティ(型コード C): 0x01

14 . 3
UNITYCHAN.FBX のBOOL
先頭アドレスは 0x00092090
00 00 00 00 00 ab 20 09 00 01 00 00 00 02 00 00 | ...... .........
00 07 53 68 61 64 69 6e 67 43 59 ce 20 09 00 01 | ..ShadingCY.....
終端オフセット: 0x000920ab
プロパティ数: 0x00000001
プロパティのバイト長: 0x00000002
ノード名(0x07 バイト): Shading
最初のプロパティ(型コード C): 0x59 (Y)

14 . 4
配列型
型コード b i l f d
型 [bool] [i32] [i64] [f32] [f64]
配列型のプロパティは、型コード後に配列用の追加ヘッ
ダ、その後配列データ。
配列の要素数: 4 bytes
エンコーディング(後述): 4 bytes
ファイル中でのバイトサイズ: 4 bytes

15 . 1
配列型の値の圧縮
配列データは圧縮されている場合がある。
(unitychan.fbxなどでは、小さな配列も根刮ぎ圧縮されて
るっぽかった)
エンコーディングが 0 の場合
全く処理されない生のデータ。
エンコーディングが 1 の場合
zlibヘッダありのzlib形式で圧縮されたデータ。
(目視で脳内inflateできる人はFBXバイナリ完全に理解できるよ！)

15 . 2
配列の例
unitychan.fbx (先頭アドレス 0x5e70)
44 69 72 65 63 74 4f 66 00 00 01 00 00 00 c5 07 | DirectOf........
00 00 07 4e 6f 72 6d 61 6c 73 64 fe 04 00 00 01 | ...Normalsd.....
00 00 00 b8 07 00 00 78 01 95 99 6b 6c 15 55 10 | .......x...kl.U.
NakanoSisters_1_2_FBX/naka.fbx (先頭アドレス 0xd430)
74 58 d4 00 00 01 00 00 00 11 00 00 00 09 4d 61 | tX............Ma
74 65 72 69 61 6c 73 69 01 00 00 00 00 00 00 00 | terialsi........
04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................

15 . 3
特殊型
型コード S R
型 String [u8]
特殊型のプロパティは、型コード後にバイト長(4バイ
ト)、その後データ。
文字列・生バイナリともに圧縮等は無し。
文字列はNUL文字等を含む場合がある。

16 . 116 . 2
バイナリの例
NakanoSisters_1_2_FBX/naka.fbx (先頭アドレス 0x0790)
00 00 00 00 00 bd 07 00 00 01 00 00 00 15 00 00 | ................
00 06 46 69 6c 65 49 64 52 10 00 00 00 2b b6 2f | ..FileIdR....+./
e6 b8 2a c2 ce b6 c7 bc 2f aa 2d ff f4 f2 07 00 | .....ζǼ./Ǽ./Ǽ./

文字列の(特殊な)例
NakanoSisters_1_2_FBX/naka.fbx (先頭アドレス 0x01c0)
02 00 00 00 27 00 00 00 09 53 63 65 6e 65 49 6e | ....'....SceneIn
66 6f 53 15 00 00 00 47 6c 6f 62 61 6c 49 6e 66 | foS....GlobalInf
6f 00 01 53 63 65 6e 65 49 6e 66 6f 53 08 00 00 | o..SceneInfoS...
ascii版
SceneInfo: "SceneInfo::GlobalInfo", "UserData" {
バイナリで "Hogex00x01Piyo" のとき、 ASCIIで
"Piyo::Hoge" のようになる。
(私の知る限りでは、NUL文字が出てくるのは
このような「::」が使われる場合のみ)

16 . 3
NULL RECORD
node record headerはノード開始の印
全てのフィールド(<=FBX 7.4であれば13バイト、>=FBX
7.5であれば25バイト)すべてが0のとき、これをNULL
recordと呼ぶ (公式な名称ではない) 。
一般のヘッダでないことはすぐにわかる (終端オフセ
ットが 0 はありえない)
これによって、ファイル先頭からのオフセットを数え
ることなくノード終端がわかる
ストリームからの読み込みに便利だったりとかする
のかな？

17 . 1
NULL RECORDの出現条件
出現条件は以下の条件の1つ以上を満たすこと。
子ノードが存在する
プロパティが存在しない
FBX ASCIIで括弧 {} が必要になる条件と同じ。

17 . 2
NULL RECORDの例
ObjectType: "GlobalSettings" {
Count: 1
}
}
Objects: {
}
FBX 7.5(先頭アドレス 0x1280)
00 00 13 00 00 00 00 00 00 00 0a 4f 62 6a 65 63 | ...........Objec
74 54 79 70 65 53 0e 00 00 00 47 6c 6f 62 61 6c | tTypeS....Global
53 65 74 74 69 6e 67 73 cb 12 00 00 00 00 00 00 | Settings........
01 00 00 00 00 00 00 00 05 00 00 00 00 00 00 00 | ................
05 43 6f 75 6e 74 49 01 00 00 00 00 00 00 00 00 | .CountI.........
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 36 13 00 | .............6..
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 07 4f 62 6a 65 63 74 73 00 00 00 | ......Objects...
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 73 13 00 00 00 00 00 00 00 00 | ......s.........

17 . 3
抜粋から読んでみよう
65 73 74 20 53 63 65 6e 65 53 05 00 00 00 53 63 | est SceneS....Sc
65 6e 65 6e 11 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | enen............
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0c 50 72 6f 70 | ............Prop
65 72 74 69 65 73 37 30 08 11 00 00 00 00 00 00 | erties70........
04 00 00 00 00 00 00 00 26 00 00 00 00 00 00 00 | ........&.......
01 50 53 0c 00 00 00 53 6f 75 72 63 65 4f 62 6a | .PS....SourceObj
65 63 74 53 06 00 00 00 6f 62 6a 65 63 74 53 00 | ectS....objectS.
00 00 00 53 00 00 00 00 55 11 00 00 00 00 00 00 | ...S....U.......
05 00 00 00 00 00 00 00 33 00 00 00 00 00 00 00 | ........3.......
01 50 53 13 00 00 00 41 63 74 69 76 65 41 6e 69 | .PS....ActiveAni
6d 53 74 61 63 6b 4e 61 6d 65 53 07 00 00 00 4b | mStackNameS....K
53 74 72 69 6e 67 53 00 00 00 00 53 00 00 00 00 | StringS....S....
53 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | S...............
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 98 11 | ................
00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 09 00 | ................
00 00 00 00 00 00 08 52 6f 6f 74 4e 6f 64 65 4c | .......RootNodeL
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 06 12 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 0a 52 65 66 65 72 65 6e 63 65 73 00 00 00 | ...References...

18 . 1
ヒント
特徴的なデータを探そう
S で終わる文字列は高確率で「ノード名+文字列プロパ
ティ」
S で終わらなければ、文字列プロパティの可能性高し
0がたくさん続いているところ(NULL record)の次はnode
record header
4・8バイトの小さな数(0が3・7個続く)は、個数や整数
プロパティの可能性を考慮

18 . 2
こたえあわせ(1)
Properties70: {
}
RootNode: 0
}
}
References: {
}
65 73 74 20 53 63 65 6e 65 53 05 00 00 00 53 63 | est SceneS....Sc
65 6e 65 6e 11 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | enen............
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0c 50 72 6f 70 | ............Prop
65 72 74 69 65 73 37 30 08 11 00 00 00 00 00 00 | erties70........
04 00 00 00 00 00 00 00 26 00 00 00 00 00 00 00 | ........&.......
01 50 53 0c 00 00 00 53 6f 75 72 63 65 4f 62 6a | .PS....SourceObj
65 63 74 53 06 00 00 00 6f 62 6a 65 63 74 53 00 | ectS....objectS.
00 00 00 53 00 00 00 00 55 11 00 00 00 00 00 00 | ...S....U.......
05 00 00 00 00 00 00 00 33 00 00 00 00 00 00 00 | ........3.......
01 50 53 13 00 00 00 41 63 74 69 76 65 41 6e 69 | .PS....ActiveAni
6d 53 74 61 63 6b 4e 61 6d 65 53 07 00 00 00 4b | mStackNameS....K

18 . 3
こたえあわせ(2)
Properties70: {
}
RootNode: 0
}
}
References: {
}
53 74 72 69 6e 67 53 00 00 00 00 53 00 00 00 00 | StringS....S....
53 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | S...............
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 98 11 | ................
00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 09 00 | ................
00 00 00 00 00 00 08 52 6f 6f 74 4e 6f 64 65 4c | .......RootNodeL
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 06 12 00 00 00 00 | ................
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 | ................
00 00 0a 52 65 66 65 72 65 6e 63 65 73 00 00 00 | ...References...

18 . 4
ね？
もうあなたはFBXバイナリを読めるようになりました！
読める！読めるぞ！！

19 . 1
補足1-1: FBX ASCIIでのバイナリプロ
パティの表現
node propertyのバイナリ型の値は、一般的にFBX asciiに
は出てこない。
FileId ノードはFBX asciiでは存在しない
例外的に、 Properties70 直下の P ノードには出現しう
るが、その場合Base64エンコードされる。
P: "MyBlob", "Blob", "", "U",4 {
BinaryData: "cG95bw==",
}

19 . 2
補足1-2: FBX ASCIIでのバイナリプロ
パティの表現
あまりに長いと、例外的に(4の倍数で？)分割が許され
る。
P: "MyBlob", "Blob", "", "U",4 {
BinaryData: "cG95",
"b3Bv",
"eW8=",
}
↑先頭には一文字空白あり

19 . 3
補足2-1: FBX ASCIIでの文字列のエス
ケープ
特殊な文字はエスケープされる
ダブルクォート(") → 「 " 」
LF(0x0a 、または n) → 「 &lf; 」
CR(0x0d 、または r) → 「 &cr; 」
何故か「 & 」がエスケープされない○○仕様
P: "MyString3", "KString", "", "U", "esc"esc, raw"raw"
↑本来は「 esc"esc, raw"raw」だった

19 . 4
補足2-2: FBX ASCIIでの文字列のエス
ケープ
前述のもの以外はエスケープされない
よって、日本語等もそのまま含められる
文字コードは不明(utf-8か、変換なしか)

19 . 5
補足3: その他FBX ASCIIについて
trueとfalseは、FBX binaryと同じで Y と T 。
FBX asciiでは、プロパティの型が明示的でないため、区
別が困難な場合がある。
「 0 」が整数か小数か、スキーマを知らないとわか
らない
配列型は以下のような文法
Edges: *12 {
a: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,10,14,18
}

19 . 6
まとめ
FBX binaryは結構読める
明確でわかりやすい
FBX 7.5になって、バイナリの構文に僅かに変更があっ
た
FBX asciiは欠陥が目立つので使うべきでない
でもコメントはちょっと便利
今までに述べたことは全て非公式・独自見解の情報
プロプライエタリなので、仕様は公開されていな
い！

2021
次やることは…
パーサ書くしかないでしょ！
へ続く第2部

参考
画像:
私が書いているページ(未完成):
blenderの中の人の解説:
天空の城ラピュタ
FBX 7.4 フォーマット解
説 - cardina1.red
FBX binary file format
specification | Blender Code

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