当前位置:

首页 > 编程开发 > Python教程:如何创建和可视化点云数据

Python教程:如何创建和可视化点云数据

1、简介点云应用无处不在: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。2、点云生成点云通常使用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


1、简介

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:

Python教程:如何创建和可视化点云数据

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。

2、点云生成

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:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import open3d as o3d

2.1 随机点云

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:

number_points = 5
pcd = np.random.rand(number_points, 3)# uniform distribution over [0, 1)
print(pcd)

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:

# Create Figure:
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": "3d"})
ax.scatter3D(pcd[:, 0], pcd[:, 1], pcd[:, 2])
# label the axes
ax.set_xlabel("X")
ax.set_ylabel("Y")
ax.set_zlabel("Z")
ax.set_title("Random Point Cloud")
# display:
plt.show()

Python教程:如何创建和可视化点云数据

随机点云可视化

2.2 采样点云

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:

bunny = o3d.data.BunnyMesh()
mesh = o3d.io.read_triangle_mesh(bunny.path)

或者以如下方式导入:

mesh = o3d.io.read_triangle_mesh("data/bunny.ply")

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。

# Visualize:
mesh.compute_vertex_normals() # compute normals for vertices or faces
o3d.visualization.draw_geometries([mesh])

Python教程:如何创建和可视化点云数据

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:

# Sample 1000 points:
pcd = mesh.sample_points_uniformly(number_of_points=1000)


# visualize:
o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

Python教程:如何创建和可视化点云数据

兔子点云

我们可以将创建的点云保存为 .ply 格式,如下所示:

# Save into ply file:
o3d.io.write_point_cloud("output/bunny_pcd.ply", pcd)

2.3 来自 RGB-D 数据的点云

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:

# read the color and the depth image:
color_raw = o3d.io.read_image("../data/rgb.jpg")
depth_raw = o3d.io.read_image("../data/depth.png")


# create an rgbd image object:
rgbd_image = o3d.geometry.RGBDImage.create_from_color_and_depth(
color_raw, depth_raw, convert_rgb_to_intensity=False)
# use the rgbd image to create point cloud:
pcd = o3d.geometry.PointCloud.create_from_rgbd_image(
rgbd_image,
o3d.camera.PinholeCameraIntrinsic(
o3d.camera.PinholeCameraIntrinsicParameters.PrimeSenseDefault))


# visualize:
o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

Python教程:如何创建和可视化点云数据

从 RGB-D 图像生成的彩色点云

3、Open3D和NumPy

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。

3.1 从NumPy到Open3D

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。

# Create numpy pointcloud:
number_points = 2000
pcd_np = np.random.rand(number_points, 3)


# Convert to Open3D.PointCLoud:
pcd_o3d = o3d.geometry.PointCloud()# create point cloud object
pcd_o3d.points = o3d.utility.Vector3dVector(pcd_np)# set pcd_np as the point cloud points


# Visualize:
o3d.visualization.draw_geometries([pcd_o3d])

Python教程:如何创建和可视化点云数据

随机点云的 Open3D 可视化

3.2 从 Open3D到NumPy

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。

# Read the bunny point cloud file:
pcd_o3d = o3d.io.read_point_cloud("../data/bunny_pcd.ply")


# Convert the open3d object to numpy:
pcd_np = np.asarray(pcd_o3d.points)


# Display using matplotlib:
fig, ax = plt.subplots(subplot_kw={"projection": "3d"})
ax.scatter3D(pcd_np[:, 0], pcd_np[:, 2], pcd_np[:, 1])
# label the axes
ax.set_xlabel("X")
ax.set_ylabel("Y")
ax.set_zlabel("Z")
ax.set_title("Bunny Point Cloud")
# display:
plt.show()

Python教程:如何创建和可视化点云数据

使用 Matplotlib 显示的兔子点云

4、最后

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。


本文内容来源于互联网,如有侵权请联系删除。
作者最新文章
编程开发 Python
相关文章 更多
C++动态数组初始化怎么写?常用语句与代码示例
C++动态数组初始化怎么写?常用语句与代码示例

深入解析C++中动态数组的初始化机制,涵盖new操作符的不同用法、基本类型与类对象的初始化差异,以及为何在现代C++开发中应优先使用std::vector。

Python安装后怎么打开:使用IDLE或命令行启动解释器
Python安装后怎么打开:使用IDLE或命令行启动解释器

刚在Windows安装好Python却不知道如何启动?本文详细演示如何通过开始菜单找到并打开IDLE集成开发环境,以及如何在PowerShell或命令提示符中使用python和py命令启动交互式解释器、运行.py脚本文件。包含退出解释器的方法及常见启动问题排查,帮助初学者快速验证安装成功并开始编写代码。

Windows系统Python安装教程:下载、勾选PATH及环境变量配置
Windows系统Python安装教程:下载、勾选PATH及环境变量配置

针对Windows初学者的Python安装实战指南。详细讲解如何从Python官网下载匹配架构的安装包,重点演示安装首屏勾选“Add python.exe to PATH”的关键操作,并提供使用python --version和py命令验证环境变量的具体步骤,帮助新手快速搭建开发环境并排查路径问题。

麒麟OS如何查看Python进程的运行状态
麒麟OS如何查看Python进程的运行状态

要想确认麒麟OS中Python程序的运行状态以及资源占用情况,我们可以这样做:用ps -ef | grep python来筛选进程;通过top命令,按P键排序查看实时负载;使用pgrep -f "script.py"精准获取PID;借助lsof -p PID验证文件打开状态。另外,还可以结合syst

Python在Debian上如何配置SSL证书
Python在Debian上如何配置SSL证书

在Debian系统上配置SSL证书通常涉及以下几个步骤:安装Web服务器:首先,你需要一个Web服务器,比如Apache或Nginx。这里以Apache为例。sudo apt updatesudo apt install apache2获取SSL证书:你可以从Let’s Encrypt免费获取SSL

统信UOS怎么安装Python开发环境
统信UOS怎么安装Python开发环境

要想让Python项目在统信UOS上正常运行,得先安装python3、python3-pip、python3-venv、python3-dev以及build-essential等组件。具体操作就是执行sudo apt install命令来一步到位完成安装,同时别忘了配置清华镜像源来给pip加速哦。在

纯Python方案实现中英文全文搜索
纯Python方案实现中英文全文搜索

在互联网上的各类网站中,无论大小,基本上都会有一个搜索框,用来给用户对内容进行搜索,小到站点搜索,大到搜索引擎搜索。从简单的来说,搜索功能确实很简单,一个简单的select语句就可以实现数据的搜索。而从复杂的来看,无论是搜索的精度还是搜索的效率,都是有很深的研究范围的。对于简单的搜索功能来说,一个s

Mac如何取消通过Python脚本运行的关机程序
Mac如何取消通过Python脚本运行的关机程序

立即在终端输入sudo shutdown -c取消倒计时关机,成功后显示“Shutdown cancelled”;若存在pmset重复任务,需再执行sudo pmset repeat cancel清除。Mac因Python脚本执行了os.system("sudo shutdown -h +10")或

Pythonasyncio异步并发与多固定出口IP调度实战
Pythonasyncio异步并发与多固定出口IP调度实战

之前写过一篇同步场景下用 Python 管理多个固定出口 IP 的实践(ExitPool + requests/httpx),覆盖了健康检查、故障转移和连接池复用。但在实际业务中,越来越多的场景用 asyncio 做高并发采集或批量接口调用——异步事件循环下多出口的管理方式和同步场景完全不同:单线程

Python在静态出口IP产品中的实战:从地址漂移巡检到多IP故障切换
Python在静态出口IP产品中的实战:从地址漂移巡检到多IP故障切换

写在前面:为什么静态出口 IP 不是"买了就行"不少团队在引入静态出口 IP 产品时,第一反应往往是:“地址配上去,这事就算完了。”可真到了真实业务里,静态出口 IP 真正能体现价值的地方,往往不在分配这一步,而在分配之后怎么管:地址有没有漂移,质量是否达标,某一条线路突然不可用时怎么切换,连接层又

查看更多
精品专题 更多
装机必备
装机必备

正软商城装机必备专区,精选办公、浏览器、安全防护、影音播放、压缩解压、设计创作和系统工具等电脑常用正版软件,帮助用户快速完成新电脑软件配置。

Windows
Windows

正软商城Windows软件专区,汇集适用于Windows电脑的办公、设计、安全防护、影音播放、开发工具和系统优化软件,提供软件介绍、系统要求、正版授权及购买下载服务。

macOS软件
macOS软件

正软商城macOS软件专区,精选适用于Mac电脑的办公、设计、影音、效率、开发和系统工具,提供软件功能介绍、macOS兼容版本、正版授权及购买下载服务。

Mac软件 更多
灵活计算器
灵活计算器
macOS/iOS/Android

灵活计算器是一款笔记式算数应用,支持实时计算、动态关联和云端同步功能。记录、整理和输出之间的过渡会更自然,适合长期写作、做笔记或持续沉淀个人内容。

赤友清理大师
赤友清理大师
macOS

赤友清理大师是一款为 Mac 设计的智能清理优化工具,可精准扫描垃圾、大文件、重复文件等,释放磁盘空间。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

极度公式
极度公式
Windows/macOS/Linux

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

WINDOWS 更多
Windows 10
Windows 10
Windows

Windows 10 是一款微软推出的经典操作系统,拥有硬件兼容性与多任务处理能力。它更偏向把系统状态查看和常用调节动作放在一起,适合需要持续观察和微调设备状态的场景。

极度公式
极度公式
Windows/macOS/Linux

极度公式是一款跨平台专业LaTeX公式识别编辑软件,支持OCR公式识别和多平台编辑。和使用说明,避免使用,享受完整功能与稳定支持。做扫描整理、文字提取和表格转换时,它能把识别后的处理步骤接得更顺,资料录入这类场景会省下不少时间。

密码键盘
密码键盘
Windows/macOS/iOS/Android

密码键盘是一款兼具安全性与便捷性的高效密码管理器。日常使用里的持续防护和信息管理会更突出,适合把安全控制放进长期使用流程中的场景。