点云处理技术之open3d第二篇：点云的基本操作篇——可视化降采样法向量裁剪和绘制点云

Posted 2022-01-14 非晚非晚

文章目录

• 0. 代码解释
• 1. 可视化点云
• 2. 点云的降采样
• 3. 顶点的法线估计
• 4. 访问顶点的法线
• 5. 点云的裁剪
• 6. 绘制点云

下面分别介绍open3d的点云基本操作： 可视化、降采样、法向量、裁剪和绘制点云。首先会统一给出代码和注释，然后分别对这些基本操作进行一一解释。

0. 代码解释

import open3d as o3d
import numpy as np

#*******************************点云的可视化***********************************

pcd = o3d.io.read_point_cloud("../test_data/fragment.ply") # 读取ply或者pcd文件

print(pcd) # 点云简单信息 》》PointCloud with 113662 points.
# print(np.asarray(pcd.points)) #打印点云

# 可视化点云
o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

#*******************************点云降采样***********************************

print("Downsample the point cloud with a voxel of 0.05")
downpcd = pcd.voxel_down_sample(voxel_size=0.05)
o3d.visualization.draw_geometries([downpcd],
                                  zoom=0.3412,
                                  front=[0.4257, -0.2125, -0.8795],
                                  lookat=[2.6172, 2.0475, 1.532],
                                  up=[-0.0694, -0.9768, 0.2024])

#*******************************顶点法线估计***********************************
#重新计算，一般可视化操作都带有法线估计(可以不用重新计算)
print("Recompute the normal of the downsampled point cloud")
downpcd.estimate_normals(
    search_param=o3d.geometry.KDTreeSearchParamHybrid(radius=0.1, max_nn=30))
o3d.visualization.draw_geometries([downpcd],
                                  zoom=0.3412,
                                  front=[0.4257, -0.2125, -0.8795],
                                  lookat=[2.6172, 2.0475, 1.532],
                                  up=[-0.0694, -0.9768, 0.2024],
                                  point_show_normal=True)

#*******************************访问顶点的法线***********************************
print("Print a normal vector of the 0th point")
print(downpcd.normals[0]) #打印第0个顶点的法线

# 打印10个点的法线估计
print("Print the normal vectors of the first 10 points")
print(np.asarray(downpcd.normals)[:10, :])

#*******************************点云的裁剪***********************************
print("Load a polygon volume and use it to crop the original point cloud")
vol = o3d.visualization.read_selection_polygon_volume(
    "../test_data/Crop/cropped.json")
chair = vol.crop_point_cloud(pcd)
o3d.visualization.draw_geometries([chair],
                                  zoom=0.7,
                                  front=[0.5439, -0.2333, -0.8060],
                                  lookat=[2.4615, 2.1331, 1.338],
                                  up=[-0.1781, -0.9708, 0.1608])

#*******************************画点云***********************************                                
print("Paint chair")
chair.paint_uniform_color([1, 0.706, 0]) #给点云统一绘制颜色，RGB范围[0,1]
o3d.visualization.draw_geometries([chair],
                                  zoom=0.7,
                                  front=[0.5439, -0.2333, -0.8060],
                                  lookat=[2.4615, 2.1331, 1.338],
                                  up=[-0.1781, -0.9708, 0.1608])

1. 可视化点云

可视化点云如下：

按H键盘，可以输出一些常用的操作，如下所示。

[Open3D INFO]   -- Mouse view control --
[Open3D INFO]     Left button + drag         : Rotate.
[Open3D INFO]     Ctrl + left button + drag  : Translate.
[Open3D INFO]     Wheel button + drag        : Translate.
[Open3D INFO]     Shift + left button + drag : Roll.
[Open3D INFO]     Wheel                      : Zoom in/out.
[Open3D INFO] 
[Open3D INFO]   -- Keyboard view control --
[Open3D INFO]     [/]          : Increase/decrease field of view.
[Open3D INFO]     R            : Reset view point.
[Open3D INFO]     Ctrl/Cmd + C : Copy current view status into the clipboard.
[Open3D INFO]     Ctrl/Cmd + V : Paste view status from clipboard.
...

2. 点云的降采样

open3d的降采样方法步骤为：

1. 首先将点云体素化
2. 用体素中所有点的平均值替代体素中的值。

降采样效果如下：

3. 顶点的法线估计

求顶点的法线估计是点云的基础操作。按N可以关闭或可视化法线。-和+分别缩短和延长法线长度。

一般可视化操作都带有法线估计(可以不用重新计算)。

法线估计的可视化效果如下：

radius = 0.1 和 max_nn = 30分别表示搜索半径和最大最近邻。所以它表示搜索半径为10cm，最多只考虑30个近领域点进行估计。

4. 访问顶点的法线

代码中第0个点的法线为：

Print a normal vector of the 0th point
[-0.21838377 -0.94240442 -0.25334252]

Print the normal vectors of the first 10 points
[[-0.21838377 -0.94240442 -0.25334252]
 [-0.39147152 -0.43746664 -0.8095511 ]
 [-0.00694405 -0.99478075 -0.10179902]
 [-0.00399871 -0.99965423 -0.02598917]
 [-0.93768261 -0.07378998  0.3395679 ]
 [-0.43476205 -0.62438493 -0.64894177]
 [-0.09739809 -0.9928602  -0.06886388]
 [-0.11728718 -0.95516445 -0.27185399]
 [-0.01038945 -0.99968858 -0.02268921]
 [-0.00816546 -0.99965616 -0.02491762]]

5. 点云的裁剪

先读取json文件，通过json文件的polygon裁剪点云。

6. 绘制点云

paint_uniform_color表示给点云统一绘制颜色，RGB颜色范围为[0,1]。