在 C++ 中手动编写 Bmp 文件很困难（使用 Xcode）

Question

我目前正在尝试在 C++ 中创建光线追踪器，但我在编写最后生成的 .bmp 时遇到了困难。我决心手动完成，所以我可以了解更多关于图像文件和编写它们等的信息。但我遇到了一些困难。我对 C++ 很陌生，但使用 Python 已经有一段时间了。

我现在差不多了，我只有一个奇怪的问题。在重要的颜色（我设置为 0）中，一切都是正确的（我设置为 0），其中各种随机字符出现，并且在接下来的几个字节中继续，几个字节进入像素数据。在那之前和之后一切都很好，但我无法解释。我当前的代码正在编辑中：

这是十六进制：

问题区域突出显示

 #include <iostream>
#include <fstream>
#include <math.h>
using namespace std;
//-------------------------Object list
const int renderSize[2] = {254,254};
float sphere1Pos[3] = {0.0,0.0,0.0}; //first sphere at origin to make calculations easier
float sphere1Radius = 10.0;
float sphere1Colour= (255.0,0.0,0.0); 
float light1Pos = (0.0,20.0,0.0); //Above sphere
float light1Intensity = 0.5;
// ------------------------



float dot(float* a,float* b); //Calculates the dot product

struct pixel {

    unsigned char R;
    unsigned char G;
    unsigned char B;
    };

//bmp--------------
struct bitmapMagicNumber {
    unsigned char magicNumber[2];
    };

struct bitmapFileHeader {
    unsigned char fileSize;
    short reserved1;
    long reserved2;
    short offset;
    };

struct bitmapInformationHeader {
    short headerSize;
    short padding;
    short width;
    short height; 
    short planes;
    short bitDepth;
    short compression;
    short imageSize;
    short xPixelsPerMetre;
    short yPixelsPerMetre;
    short colours;
    short importantColours;
    };

void setBitmapMagicNumber(bitmapMagicNumber& magicNum){
    magicNum.magicNumber[0] = 0x42;
    magicNum.magicNumber[1] = 0x4D;
    };

void setBitmapFileHeader(bitmapFileHeader& fileHeader,bitmapInformationHeader& informationHeader,pixel pixelArray) {
    fileHeader.fileSize = 54 + sizeof(pixelArray);
    fileHeader.reserved1 = 0;
    fileHeader.reserved2 = 0;
    fileHeader.offset = 54;
    };

void setBitmapInformationHeader(bitmapInformationHeader& informationHeader){
    informationHeader.headerSize = 40;
    informationHeader.padding=0;
    informationHeader.width = renderSize[0];
    informationHeader.height = renderSize[1];
    informationHeader.planes = 1;
    informationHeader.bitDepth = 24;
    informationHeader.compression = 0;
    informationHeader.imageSize = 0;
    informationHeader.xPixelsPerMetre = 0;
    informationHeader.yPixelsPerMetre = 0 ;
    informationHeader.colours = 0;
    informationHeader.importantColours = 0;
    };

void writeBitmap(bitmapMagicNumber& magicNum, bitmapFileHeader& fileHeader,bitmapInformationHeader& informationHeader,pixel pixelArray){
    ofstream out("test.bmp",ios::out|ios::binary);

    //file header
    out.write((char*) &magicNum,2);
    out.write((char*) &fileHeader.fileSize,sizeof(fileHeader.fileSize));
    if (sizeof(fileHeader.fileSize)<3){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }
    out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
    out.write((char*) &fileHeader.reserved1,2);
    out.write((char*) &fileHeader.reserved2,2);
    out.write((char*) &fileHeader.offset,sizeof(fileHeader.offset));
    out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
    out.write((char*) &informationHeader.padding,1);


    //information header
    out.write((char*) &informationHeader.headerSize,sizeof(informationHeader.headerSize));
    out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
    out.write((char*) &informationHeader.padding,1);



    out.write((char*) &informationHeader.width,sizeof(informationHeader.width));
    if (sizeof(informationHeader.width)<4){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }
    if (sizeof(informationHeader.width)<3){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }
    if (sizeof(informationHeader.width)<2){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }

    out.write((char*) &informationHeader.height,sizeof(informationHeader.height));
    if (sizeof(informationHeader.height)<4){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }
    if (sizeof(informationHeader.height)<3){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }
    if (sizeof(informationHeader.height)<2){
        out.write((char*) &informationHeader.padding,1);
        }   

    out.write((char*) &informationHeader.planes,sizeof(informationHeader.planes));
    out.write((char*) &informationHeader.bitDepth,sizeof(informationHeader.bitDepth));
    out.write((char*) &informationHeader.compression,4);
    out.write((char*) &informationHeader.imageSize,4);
    out.write((char*) &informationHeader.xPixelsPerMetre,4);
    out.write((char*) &informationHeader.yPixelsPerMetre,4);
    out.write((char*) &informationHeader.colours,4);
    out.write((char*) &informationHeader.importantColours,4);

    //pixel data
    for (int y=0; y < renderSize[1]; y++) {
        for (int x=0; x< renderSize[0]; x++) {
            out.write((char*) &pixelArray[x][y],sizeof(pixel));
        }
    }

    out.close();


}


// end bmp-----------

int main() {

pixel pixelArray[renderSize[0]][renderSize[1]];

    for (int y=0; y < renderSize[1]; y++) {
        for (int x=0; x< renderSize[0]; x++) {
            float rayPos[3] = {x,y, -1000.0};
            float rayDir[3] = {0.0,0.0,-1.0};   
            bool intersect;

            //for each object in scene, see if intersects. (for now there is only one object to make things easier)

            //-------sphere ray intersection....
            float distance[3];
            distance[0]= rayPos[0]-sphere1Pos[0];
            distance[1]= rayPos[1]-sphere1Pos[1];
            distance[2]= rayPos[2]-sphere1Pos[2];
            float a = dot(rayDir, rayDir);
            float b = 2 * dot(rayDir, distance);
            float c = dot(distance, distance) - (sphere1Radius * sphere1Radius);

            float disc = b * b - 4 * a * c;

            if (disc < 0)
                intersect=false;
            else
                intersect=true;


            //--------------------

            if (intersect==true){
                pixelArray[x][y].R = 0;
                pixelArray[x][y].G = 0;
                pixelArray[x][y].B = 0;
                }

            else {
                pixelArray[x][y].R = 0;
                pixelArray[x][y].G = 0;
                pixelArray[x][y].B = 0;
                }



            // trace to lights (as long as another object is not in the way) 

        }

    }
    //write .bmp
    bitmapMagicNumber magicNum;
    bitmapFileHeader fileHeader;
    bitmapInformationHeader informationHeader;

    setBitmapMagicNumber(magicNum);
    setBitmapFileHeader(fileHeader,informationHeader, pixelArray[renderSize[0]][renderSize[1]]);
    setBitmapInformationHeader(informationHeader);

    writeBitmap(magicNum,fileHeader,informationHeader, pixelArray[renderSize[0]][renderSize[1]]);
}

//calculate dot product
float dot(float* a,float* b)
{
float dp = 0.0;
for (int i=0;i<3;i++)
    dp += a[i] * b[i];
return dp;
}

Answer 1

虽然这可能不是您唯一的问题，但您几乎可以肯定有data alignment 问题。

以你的bitmapFileHeader为例，假设long有四字节对齐，short有两字节对齐，magicNumber和fileSize之间会有两个字节的未命名填充（有大多数其他数据结构中的类似问题）。

作为一种解决方案，您可以将标题和其他结构表示为char 的数组（没有填充），并将相关数据复制到数组中的正确位置。

您的编译器可能会提供一种“打包”数据结构的方法，使它们不对齐，这也可以解决您的问题，但这样做是完全不可移植的。

Answer 2

我总是以 .ppm 格式输出。格式再简单不过了：

FILE * out = fopen("out.ppm", "wb");
fprintf(out, "P6 %d %d 255\n", HEIGHT, WIDTH);

for(int i=0; i<HEIGHT; i++)
  for(int j=0; j<WIDTH; j++)
  {
    color c = get_pixel_color(i,j)
    putc(c.red, out);
    putc(c.green, out);
    putc(c.blue, out);
  }

fclose(out);

...其中红色、绿色和蓝色是整数，但必须取 0 到 255 之间的值。ppm 标题中的 255 表示颜色通道的最大值为 255。

大多数图像编辑器都会读取 .ppm：gimp、photoshop 等。我一直很喜欢它，因为我能记住我脑海中的格式，而且我不必写任何不用的东西...当我真的需要 .bmp 或 .jpg 等时，我使用 imagemagick convert 将我的 ppm 转换为该格式。

Answer 3

This code 具有在 Windows 和其他平台上读取/写入 BMP 的功能。看看吧。