解析PS2游戏存档3D图标
- 系列1：解析PS2存储卡文件系统
- 系列2：从PS2存储卡中导出游戏存档
看到这个图片，对于熟悉PS2的老玩家来说应该不会陌生。它是PS2记忆卡管理界面中的游戏存档3D图标。本篇文章我们将介绍如何从存档文件里解析出这个活动的小人。
01 解析目标
A：我们能从存档文件中解析到什么？
- 图标模型的所有顶点、法线
- 图标模型的动作帧
- 光照
- 纹理及纹理坐标
- 背景颜色及透明度
B：我们需要做什么？
- 编写着色器渲染背景和图标
- 将图标模型的动作帧组成动画
- 构建模型矩阵、视图矩阵、透视矩阵，使显示接近PS2原生效果
完成整个功能估计需要两篇文章，本篇主要介绍A。
02 解析icon.sys
上一篇我们介绍了如何导出游戏的存档文件，事实上每个存档里都会有一个icon.sys的文件，这个可以看作图标的配置文件。icon.sys是一个固定大小（964字节）的文件，其结构如下：
| offset | length | description |
|---|---|---|
| 0 | byte4 | magic：PS2D |
| 4 | uint16 | 0 |
| 6 | uint16 | 游戏标题换行符所在位置，注1 |
| 8 | uint16 | 0 |
| 12 | uint32 | bg_transparency，背景透明度，0-255 |
| 16 | uint324 | bg_color，背景左上角颜色（RGB-，0-255） |
| 32 | uint324 | bg_color，背景右上角颜色（RGB-，0-255） |
| 48 | uint324 | bg_color，背景左下角颜色（RGB-，0-255） |
| 64 | uint324 | bg_color，背景右下角颜色（RGB-，0-255） |
| 80 | uint324 | light_dir1，光源1（XYZ-，0-1） |
| 96 | uint324 | light_dir2，光源2（XYZ-，0-1） |
| 112 | uint324 | light_dir3，光源3（XYZ-，0-1） |
| 128 | uint324 | light_color1，光源1颜色（RGB-，0-1） |
| 144 | uint324 | light_color2，光源2颜色（RGB-，0-1） |
| 160 | uint324 | light_color3，光源3颜色（RGB-，0-1） |
| 176 | uint324 | ambient，环境光（RGB-，0-1） |
| 192 | byte68 | sub_title，游戏标题（空字符结尾, S-JIS编码） |
| 260 | byte64 | icon_file_normal，普通图标文件名（空字符结尾），注2 |
| 324 | byte64 | icon_file_copy，拷贝图标文件名（空字符结尾），注2 |
| 388 | byte64 | icon_file_delete，删除图标文件名（空字符结尾），注2 |
| 452 | byte512 | 全0 |
注1：游戏标题sub_title显示为2行，该值即为在标题的第几个字节换行，如图
注2：每个游戏存档可以对应3个图标icon文件，分别在不同场景显示。
可以看到icon.sys文件里主要提供了背景、光照等数据，另外一个比较重要的部分是去哪里寻找图标所在的文件。
03 解析icon文件
不像icon.sys文件，每个游戏的icon文件是不确定的，大小不确定，数量也不确定，但至少会有1个。有的游戏拷贝图标和删除图标与普通图标共用一个图标。
3.1 文件结构
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| Icon头 | 固定大小，20个字节 |
| 顶点段 | 保存图标模型的所有顶点和法线数据 |
| 动画段 | 保存图标模型动画帧信息 |
| 纹理段 | 保存图标模型纹理 |
3.2 Icon头
Icon头存储了我们解码不同数据段所需的所有重要信息，其中包括：
- "顶点段"中包含的顶点数量以及动画形状的数量
- 纹理数据是否经过压缩
在图标文件中，Icon头总是位于偏移量 0 处。以下是Icon头结构：
| Offset | Length | Description |
|---|---|---|
| 0000 | uint32 | magic：0x010000 |
| 0004 | uint32 | animation_shapes，动画形状，注1 |
| 0008 | uint32 | tex_type，纹理类型，注2 |
| 0012 | uint32 | 未知，固定值0x3F800000 |
| 0016 | uint32 | vertex_count，顶点数量，必定是3的倍数 |
注1：图标模型有几套不同的顶点数据，对应不同的动作，称之为"形状"。将不同的形状循环渲染，即可形成动画效果。
注2："纹理类型"这部分尚不明确，该值是4字节整形，我总结出来每个位相应的功能如下表，未必正确：
| mask | Description |
|---|---|
| 0001 | 未知 |
| 0010 | 未知 |
| 0100 | 图标文件中存在纹理数据，有些游戏（如ICO）没有纹理数据，图标全黑 |
| 1000 | 图标文件中的纹理数据是被压缩过的 |
3.3 顶点段
PS2 图标中的多边形总是由三个顶点形成的三角形组成。由于顶点是按一定规律排列的，因此只需按照规律读取顶点数据，就能轻松构建多边形。利用OpenGL或类似工具渲染这些数据，就能得到一个漂亮的图标线框。
"顶点段"包含图标中所有顶点的数据。每个顶点数据包含一组顶点坐标、法线坐标、纹理坐标以及一组RGBA数据，因此，拥有m个顶点和 n个形状的"顶点段"数据结构如下：
顶点坐标
每个顶点坐标占用8字节，结构如下：
| Offset | Length | Description |
|---|---|---|
| 0000 | int16 | X坐标，使用时需除以4096 |
| 0002 | int16 | Y坐标，使用时需除以4096 |
| 0004 | int16 | Z坐标，使用时需除以4096 |
| 0006 | uint16 | 未知 |
法线坐标
每个法线坐标与顶点坐标数据结构一致。
纹理坐标
每个纹理坐标占用4字节，结构如下：
| Offset | Length | Description |
|---|---|---|
| 0000 | int16 | U坐标，使用时需除以4096 |
| 0002 | int16 | V坐标，使用时需除以4096 |
顶点RGBA
每个顶点颜色占用4字节，结构如下：
| Offset | Length | Description |
|---|---|---|
| 0000 | uint8 | R，0-255 |
| 0001 | uint8 | G，0-255 |
| 0002 | uint8 | B，0-255 |
| 0003 | uint8 | A，0-255 |
3.4 动画段
很遗憾关于"动画段"里的大部分内容，我还没完全搞懂含义。不过不用太在意，利用"顶点坐标插值"，仍然可以完成动画动作。
以下是"动画段"的数据结构：
"动画段"包含"动画头"和若干"动画帧"，每个"动画帧"包含若干"关键帧"。
动画头
"动画头"结构如下：
| Offset | Length | Description |
|---|---|---|
| 0000 | uint32 | magic：0x01 |
| 0004 | uint32 | frame length："动画帧"完成一个循环所需的"播放帧"，根据这个值可以计算出每个"动画帧"对应的"播放帧"数量 |
| 0008 | float32 | anim speed：播放速度，作用未知 |
| 0012 | uint32 | play offset：起始播放帧，作用未知 |
| 0016 | uint32 | frame count："动画段"一共有几个"动画帧"，一般一个"形状"对应一个"动画帧" |
帧数据Frame Data
"帧数据"直接位于"动画头"之后。
| Offset | Type | Description |
|---|---|---|
| 0000 | u32 | Shape id |
| 0004 | u32 | Number of keys |
| 0008 | u32 | UNKNOWN |
| 0012 | u32 | UNKNOWN |
关键帧Frame Key
| Offset | Type | Description |
|---|---|---|
| 0000 | f32 | Time |
| 0004 | f32 | Value |
3.5 纹理段
纹理是像素为128x128的图片，使用TIM图像格式进行编码。根据Icon头里的tex_type字段，纹理分为未压缩和压缩两种类型。
未压缩纹理
未压缩纹理的像素格式为BGR555，其中B、G、R各占用5bit，总共15bit，占用2字节（1个bit冗余）。如图：
less
High-order byte: Low-order byte:
X B B B B B G G G G G R R R R R
X = Don't care, R = Red, G = Green, B = Blue因此原始图片大小固定为128x128x2字节。如果需将它的像素格式转为RGB24，可以用如下方法：
vbnet
High-order byte: Middle-order byte: Low-order byte:
R R R R R 0 0 0 G G G G G 0 0 0 B B B B B 0 0 0将5bit的色彩值转为8bit时，需将低3位补0。经过上述转换，每像素字节数变为3字节。同理也可将格式转为RGBA32，每像素字节数变为4字节。
压缩纹理
压缩纹理使用非常简单的RLE算法进行压缩。第一个u32是压缩纹理数据的大小。其后的数据始终为u16的rle_code和rle_data交替出现，直到结束。 rle_data有两个变量：data数量x和重复次数y。rle_code作为计数器存在，如果小于0xFF00，则x = 1，y = rle_code；如果大于等于0xFF00，则x = (0x10000 - rle_code)，y = 1。如下图。
将压缩纹理解压后，再根据上一节的内容即可转换为RGB24或RGBA32的图片。
04 结尾
至此为止图标的相关文件已经解析完毕了，万事俱备只欠东风，下一篇我们即将开始渲染模式，使用PyGame和ModernGL将渲染动画显示出来。