Python：如何创建和可视化点云

,点云应用无处不在:机器人、自动驾驶汽车、辅助系统、医疗保健等。点云是一种适合处理现实世界数据的3D表示，特别是在需要场景/对象的几何形状时，如对象的距离、形状和大小。,点云是一组点，代表现实世界中的场景或空间中的对象。它是几何对象和场景的离散表示。换句话说，点云PCD是n个点的集合，其中每个点Pi用其3D坐标表示:,,注意，还可以添加一些其他特征来描述点云，如RGB颜色、法线等。例如，可以添加RGB颜色来提供颜色信息。,点云通常使用3D扫描仪(激光扫描仪、飞行时间扫描仪和结构光扫描仪)或计算机辅助设计(CAD)模型生成。在本教程中，我们将首先创建随机点云并将其可视化。然后，我们将使用Open3D库从3D表面采样点，从3D模型生成它。最后，我们将看到如何从RGB-D数据创建它们。,让我们从导入Python库开始:,最简单的方法是随机创建一个点云。注意，我们通常不会创建要处理的随机点，除非为GAN(生成对抗网络)创建噪声。,通常，点云由(n×3)数组表示，其中n是点的数量。让我们用5个随机点创建一个点云:,我们可以直接打印这些点，但效率不高，特别是在大多数应用中，如果点的数量很大的话。更好的方法是将它们显示在3D空间中。让我们用Matplotlib库来可视化它:,,随机点云可视化,直接处理3D模型需要时间。因此，从它们的三维表面采样点云是一个潜在的解决方案。让我们首先从Open3D数据集中导入兔子模型:,或者以如下方式导入：,接下来，显示 3D 模型以查看其外观。您可以移动鼠标从不同的视点进行查看。,,兔子3D模型,要对点云进行采样，有几种方法。在此示例中，我们从导入的网格中均匀地采样 1000 个点并将其可视化：,,兔子点云,我们可以将创建的点云保存为 .ply 格式，如下所示：,RGB-D 数据是使用RGB-D传感器（例如 Microsoft Kinect）收集的，该传感器同时提供 RGB 图像和深度图像。RGB-D传感器被广泛应用于室内导航、避障等领域。由于RGB图像提供像素颜色，所以深度图像的每个像素表示其与相机的距离。,Open3D 为 RGB-D 图像处理提供了一组函数。要使用 Open3D 函数从 RGB-D 数据创建点云，只需导入两个图像，创建一个 RGB-D 图像对象，最后计算点云如下：,,从 RGB-D 图像生成的彩色点云,有时您需要在Open3D和NumPy之间切换。例如，假设我们想要将NumPy点云转换为Open3D.PointCloud对象进行可视化，并使用Matplotlib可视化兔子的3D模型。,在本例中，我们使用NumPy.random.rand()函数创建2000个随机点，该函数从[0,1]的均匀分布中创建随机样本。然后我们创建一个Open3D.PointCloud对象，并使用Open3D.utility.Vector3dVector()函数将其Open3D.PointCloud.points特征设置为随机点。,,随机点云的 Open3D 可视化,这里，我们首先使用Open3D.io.read_point_cloud()函数从.ply文件中读取点云，该函数返回一个Open3D.PointCloud对象。现在我们只需要使用NumPy.asarray()函数将表示点的Open3D.PointCloud.points特征转换为NumPy数组。最后，我们像上面那样显示获得的数组。,,使用 Matplotlib 显示的兔子点云,在本教程中，我们学习了如何创建和可视化点云。在接下来的教程中，我们将学习如何处理它们。,