PCL系列——三维重构之贪婪三角投影算法

PCL系列

• PCL系列——读入PCD格式文件操作
• PCL系列——将点云数据写入PCD格式文件
• PCL系列——拼接两个点云
• PCL系列——从深度图像(RangeImage)中提取NARF关键点
• PCL系列——如何可视化深度图像
• PCL系列——如何使用迭代最近点法（ICP）配准
• PCL系列——如何逐渐地配准一对点云
• PCL系列——三维重构之泊松重构
• PCL系列——三维重构之贪婪三角投影算法
• PCL系列——三维重构之移动立方体算法

说明

通过本教程，我们将会学会：

• 如果通过贪婪三角投影算法进行三维点云重构。
• 程序支持两种文件格式：*.pcd和*.ply。
• 程序先读取点云文件；然后计算法向量，并将法向量和点云坐标放在一起；接着使用贪婪三角投影算法进行重构，最后显示结果。

操作

• 在VS2010 中新建一个文件 recon_greedyProjection.cpp，然后将下面的代码复制到文件中。
• 参照之前的文章，配置项目的属性。设置包含目录和库目录和附加依赖项。

/*
* GreedyProjection是根据点云进行三角化，而 poisson 则是对water-tight的模型进行重建，
* 所以形成了封闭mesh和很多冗余信息，需要对poisson的重建进行修剪才能得到相对正确的模型
*
*/

#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/io/ply_io.h>
#include <pcl/kdtree/kdtree_flann.h>
#include <pcl/features/normal_3d.h>
#include <pcl/surface/gp3.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>
#include <boost/thread/thread.hpp>
#include <fstream>
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <string>

int main (int argc, char** argv)
{
    // 确定文件格式
    char tmpStr[100];
    strcpy(tmpStr,argv[1]);
    char* pext = strrchr(tmpStr, ‘.‘);
    std::string extply("ply");
    std::string extpcd("pcd");
    if(pext){
        *pext=‘\0‘;
        pext++;
    }
    std::string ext(pext);
    //如果不支持文件格式，退出程序
    if (!((ext == extply)||(ext == extpcd))){
        std::cout << "文件格式不支持!" << std::endl;
        std::cout << "支持文件格式：*.pcd和*.ply！" << std::endl;
        return(-1);
    }

    //根据文件格式选择输入方式
  pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>) ; //创建点云对象指针，用于存储输入
    if (ext == extply){
        if (pcl::io::loadPLYFile(argv[1] , *cloud) == -1){
            PCL_ERROR("Could not read ply file!\n") ;
            return -1;
        }
    }
    else{
        if (pcl::io::loadPCDFile(argv[1] , *cloud) == -1){
            PCL_ERROR("Could not read pcd file!\n") ;
            return -1;
        }
    }

  // 估计法向量
  pcl::NormalEstimation<pcl::PointXYZ, pcl::Normal> n;
  pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr normals (new pcl::PointCloud<pcl::Normal>);
  pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>::Ptr tree (new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>);
  tree->setInputCloud (cloud);
  n.setInputCloud (cloud);
  n.setSearchMethod (tree);
  n.setKSearch (20);
  n.compute (*normals); //计算法线，结果存储在normals中
  //* normals 不能同时包含点的法向量和表面的曲率

  //将点云和法线放到一起
  pcl::PointCloud<pcl::PointNormal>::Ptr cloud_with_normals (new pcl::PointCloud<pcl::PointNormal>);
  pcl::concatenateFields (*cloud, *normals, *cloud_with_normals);
  //* cloud_with_normals = cloud + normals

  //创建搜索树
  pcl::search::KdTree<pcl::PointNormal>::Ptr tree2 (new pcl::search::KdTree<pcl::PointNormal>);
  tree2->setInputCloud (cloud_with_normals);

  //初始化GreedyProjectionTriangulation对象，并设置参数
  pcl::GreedyProjectionTriangulation<pcl::PointNormal> gp3;
    //创建多变形网格，用于存储结果
  pcl::PolygonMesh triangles;

  //设置GreedyProjectionTriangulation对象的参数
    //第一个参数影响很大
  gp3.setSearchRadius (1.5f); //设置连接点之间的最大距离（最大边长）用于确定k近邻的球半径【默认值 0】
  gp3.setMu (2.5f); //设置最近邻距离的乘子，以得到每个点的最终搜索半径【默认值 0】
  gp3.setMaximumNearestNeighbors (100); //设置搜索的最近邻点的最大数量
  gp3.setMaximumSurfaceAngle(M_PI/4); // 45 degrees（pi）最大平面角
  gp3.setMinimumAngle(M_PI/18); // 10 degrees 每个三角的最小角度
  gp3.setMaximumAngle(2*M_PI/3); // 120 degrees 每个三角的最大角度
  gp3.setNormalConsistency(false); //如果法向量一致，设置为true

  //设置搜索方法和输入点云
  gp3.setInputCloud(cloud_with_normals);
  gp3.setSearchMethod(tree2);

    //执行重构，结果保存在triangles中
  gp3.reconstruct (triangles);

    //保存网格图
    pcl::io::savePLYFile("result.ply", triangles);

  // Additional vertex information
  //std::vector<int> parts = gp3.getPartIDs();
  //std::vector<int> states = gp3.getPointStates();

    // 显示结果图
  boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer (new pcl::visualization::PCLVisualizer ("3D Viewer"));
  viewer->setBackgroundColor (0, 0, 0); //设置背景
  viewer->addPolygonMesh(triangles,"my"); //设置显示的网格
  viewer->addCoordinateSystem (1.0); //设置坐标系
  viewer->initCameraParameters ();
  while (!viewer->wasStopped ()){
    viewer->spinOnce (100);
    boost::this_thread::sleep (boost::posix_time::microseconds (100000));
  }

  return (0);
}

• 重新生成项目。
• 到改项目的Debug目录下，按住Shift，同时点击鼠标右键，在当前窗口打开CMD窗口。
• 在命令行中输入recon_greedyProjection.exe bunny.points.ply，执行程序。得到如下图所示的结果。