PCL經典程式碼賞析二：點雲的編輯與互動操作
阿新 • • 發佈：2019-01-27
##· 說明
##· 目錄索引
- PCLVisualizer視覺化類
- 最基本的點雲視覺化操作
- 視覺化彩色點雲顏色特徵
- 將點雲賦值為指定顏色（自定義顏色）
- 視覺化點雲法線和其他特徵
- 繪製普通形狀
- 多視角顯示
- 滑鼠事件
- 鍵盤事件
- 自定義互動
- main() 函式
##· CLVisualizer視覺化類
- 最基本的點雲視覺化操作
- 視覺化彩色點雲顏色特徵
- 將點雲賦值為指定顏色（自定義顏色）
- 視覺化點雲法線和其他特徵
- 繪製普通形狀
- 多視角顯示
- 滑鼠事件
- 鍵盤事件
- 自定義互動
//用到的標頭檔案 #include <iostream> #include <boost/thread/thread.hpp> #include <pcl/common/common_headers.h> #include <pcl/features/normal_3d.h> #include <pcl/io/pcd_io.h> #include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h> #include <pcl/console/parse.h>
##· 最基本的點雲視覺化操作
simpleVis 函式實現最基本的點雲視覺化操作
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> simpleVis(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::ConstPtr cloud) { // -----Open 3D viewer and add point cloud //建立視窗物件並給標題欄設定一個名稱“3D Viewer”並將它設定為boost::shared_ptr智慧共享指標，這樣可以保證指標在程式中全域性使用，而不引起記憶體錯誤 boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer")); //設定視窗的背景色，可以任意設定RGB的顏色，這裡是設定為黑色 viewer->setBackgroundColor(0, 0, 0); /*這是最重要的一行，我們將點雲新增到視窗物件中，並定一個唯一的字串作為ID 號，利用此字串保證在其他成員中也能 標誌引用該點雲，多次呼叫addPointCloud可以實現多個點雲的新增，每呼叫一次就會建立一個新的ID號，如果想更新一個 已經顯示的點雲，必須先呼叫removePointCloud（），並提供需要更新的點雲ID 號*/ viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZ>(cloud, "sample cloud"); //用於改變顯示點雲的尺寸，可以利用該方法控制點雲在視窗中的顯示方法， viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 1, "sample cloud"); //檢視複雜的點雲，經常讓人感到沒有方向感，為了保持正確的座標判斷，需要顯示座標系統方向，可以通過使用X（紅色） //Y（綠色 ）Z （藍色）圓柱體代表座標軸的顯示方式來解決，圓柱體的大小可以通過scale引數來控制，本例中scale設定為1.0 viewer->addCoordinateSystem(1.0); //通過設定照相機引數使得從預設的角度和方向觀察點雲 viewer->initCameraParameters(); return (viewer); }
##· 視覺化彩色點雲顏色特徵
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> rgbVis(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::ConstPtr cloud) { boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer")); viewer->setBackgroundColor(0, 0, 0); pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField<pcl::PointXYZRGB> rgb(cloud); viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cloud, rgb, "sample cloud"); viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 3, "sample cloud"); viewer->addCoordinateSystem(1.0); viewer->initCameraParameters(); return (viewer); }
##· 將點雲賦值為指定顏色（自定義顏色）
點雲型別為XYZ型別，customColourVis將點雲賦值為綠色（自定義顏色）
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> customColourVis(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::ConstPtr cloud)
{
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
viewer->setBackgroundColor(0, 0, 0);
//建立一個自定義的顏色處理器PointCloudColorHandlerCustom物件，並設定顏色為純綠色
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZ> single_color(cloud, 0, 255, 0);
//addPointCloud<>()完成對顏色處理器物件的傳遞
viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZ>(cloud, single_color, "sample cloud");
viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 3, "sample cloud");
viewer->addCoordinateSystem(1.0);
viewer->initCameraParameters();
return (viewer);
}
##· 視覺化點雲法線和其他特徵
//顯示法線是理解點雲的一個重要步驟，點雲法線特徵是非常重要的基礎特徵，PCL visualizer視覺化類可用於繪製法線，
//也可以繪製表徵點雲的其他特徵，比如主曲率和幾何特徵，normalsVis函式中演示瞭如何實現點雲的法線
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> normalsVis(
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::ConstPtr cloud, pcl::PointCloud<pcl::Normal>::ConstPtr normals)
{
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
viewer->setBackgroundColor(0, 0, 0);
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField<pcl::PointXYZRGB> rgb(cloud);
viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cloud, rgb, "sample cloud");
viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 3, "sample cloud");
//實現對點雲法線的顯示
viewer->addPointCloudNormals<pcl::PointXYZRGB, pcl::Normal>(cloud, normals, 10, 0.05, "normals");
viewer->addCoordinateSystem(1.0);
viewer->initCameraParameters();
return (viewer);
}
##· 繪製普通形狀
//PCL visualizer視覺化類允許使用者在視窗中繪製一般圖元，這個類常用於顯示點雲處理演算法的視覺化結果，例如 通過視覺化球體
//包圍聚類得到的點雲集以顯示聚類結果，shapesVis函式用於實現新增形狀到視窗中，添加了四種形狀：從點雲中的一個點到最後一個點
//之間的連線，原點所在的平面，以點雲中第一個點為中心的球體，沿Y軸的椎體
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> shapesVis(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::ConstPtr cloud)
{
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
viewer->setBackgroundColor(0, 0, 0);
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField<pcl::PointXYZRGB> rgb(cloud);
viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cloud, rgb, "sample cloud");
viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 3, "sample cloud");
viewer->addCoordinateSystem(1.0);
viewer->initCameraParameters();
/************************************************************************************************
繪製形狀的例項程式碼，繪製點之間的連線，
*************************************************************************************************/
viewer->addLine<pcl::PointXYZRGB>(cloud->points[0],
cloud->points[cloud->size() - 1], "line");
//新增點雲中第一個點為中心，半徑為0.2的球體，同時可以自定義顏色
viewer->addSphere(cloud->points[0], 0.2, 0.5, 0.5, 0.0, "sphere");
//---------------------------------------
//-----Add shapes at other locations新增繪製平面使用標準平面方程ax+by+cz+d=0來定義平面，這個平面以原點為中心，方向沿著Z方向-----
//---------------------------------------
pcl::ModelCoefficients coeffs;
coeffs.values.push_back(0.0);
coeffs.values.push_back(0.0);
coeffs.values.push_back(1.0);
coeffs.values.push_back(0.0);
viewer->addPlane(coeffs, "plane");
//新增錐形的引數
coeffs.values.clear();
coeffs.values.push_back(0.3);
coeffs.values.push_back(0.3);
coeffs.values.push_back(0.0);
coeffs.values.push_back(0.0);
coeffs.values.push_back(1.0);
coeffs.values.push_back(0.0);
coeffs.values.push_back(5.0);
viewer->addCone(coeffs, "cone");
return (viewer);
}
##· 多視角顯示
PCL visealizer視覺化類允許使用者通過不同的視窗（Viewport）繪製多個點雲，方便對點雲比較
//viewportsVis函式演示如何用多視角來顯示點雲端計算法線的方法結果對比
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewportsVis(
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::ConstPtr cloud, pcl::PointCloud<pcl::Normal>::ConstPtr normals1, pcl::PointCloud<pcl::Normal>::ConstPtr normals2)
{
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
viewer->initCameraParameters();
//以上是建立檢視的標準程式碼
int v1(0); //建立新的視口
viewer->createViewPort(0.0, 0.0, 0.5, 1.0, v1); //4個引數分別是X軸的最小值，最大值，Y軸的最小值，最大值，取值0-1，v1是標識
viewer->setBackgroundColor(0, 0, 0, v1); //設定視口的背景顏色
viewer->addText("Radius: 0.01", 10, 10, "v1 text", v1); //新增一個標籤區別其他視窗 利用RGB顏色著色器並新增點雲到視口中
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField<pcl::PointXYZRGB> rgb(cloud);
viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cloud, rgb, "sample cloud1", v1);
//對第二視口做同樣的操作，使得做建立的點雲分佈於右半視窗，將該視口背景賦值於灰色，以便明顯區別，雖然新增同樣的點雲，給點雲自定義顏色著色
int v2(0);
viewer->createViewPort(0.5, 0.0, 1.0, 1.0, v2);
viewer->setBackgroundColor(0.3, 0.3, 0.3, v2);
viewer->addText("Radius: 0.1", 10, 10, "v2 text", v2);
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZRGB> single_color(cloud, 0, 255, 0);
viewer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cloud, single_color, "sample cloud2", v2);
//為所有視口設定屬性，
viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 3, "sample cloud1");
viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 3, "sample cloud2");
viewer->addCoordinateSystem(1.0);
//新增法線 每個檢視都有一組對應的法線
viewer->addPointCloudNormals<pcl::PointXYZRGB, pcl::Normal>(cloud, normals1, 10, 0.05, "normals1", v1);
viewer->addPointCloudNormals<pcl::PointXYZRGB, pcl::Normal>(cloud, normals2, 10, 0.05, "normals2", v2);
return (viewer);
}
##· 滑鼠事件
每次相應滑鼠時間都會回撥函式，需要從event例項提取事件資訊，本例中演示滑鼠左鍵的釋放事件
//每次響應這種事件都會在滑鼠按下的位置上生成一個文字標籤
unsigned int text_id = 0;
void keyboardEventOccurred(const pcl::visualization::KeyboardEvent &event,
void* viewer_void)
{
pcl::visualization::PCLVisualizer *viewer = static_cast<pcl::visualization::PCLVisualizer *> (viewer_void);
if (event.getKeySym() == "r" && event.keyDown())
{
std::cout << "r was pressed => removing all text" << std::endl;
char str[512];
for (unsigned int i = 0; i < text_id; ++i)
{
sprintf(str, "text#%03d", i);
viewer->removeShape(str);
}
text_id = 0;
}
}
##· 鍵盤事件
按下r健，則刪除前面滑鼠所產生的文字標籤（當按下R鍵時 3D相機仍然會重置）
//所以在PCL中視窗中註冊事件響應回撥函式，不會覆蓋其他成員對同一事件的響應
void mouseEventOccurred (const pcl::visualization::MouseEvent &event,
void* viewer_void)
{
pcl::visualization::PCLVisualizer *viewer = static_cast<pcl::visualization::PCLVisualizer *> (viewer_void);
if (event.getButton () == pcl::visualization::MouseEvent::LeftButton &&
event.getType () == pcl::visualization::MouseEvent::MouseButtonRelease)
{
std::cout << "Left mouse button released at position (" << event.getX () << ", " << event.getY () << ")" << std::endl;
char str[512];
sprintf (str, "text#%03d", text_id ++);
viewer->addText ("clicked here", event.getX (), event.getY (), str);
}
}
##· 自定義互動
//多數情況下，預設的滑鼠和鍵盤互動設定不能滿足使用者的需求，使用者想擴充套件函式的某一些功能，比如按下鍵盤時儲存點雲的資訊，或者通過滑鼠確定點雲的位置，interactionCustomizationVis 函式進行演示如何捕捉滑鼠和鍵盤事件，在視窗點選，將會顯示一個2D的文字標籤，按下r健出去文字
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> interactionCustomizationVis ()
{
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer (new pcl::visualization::PCLVisualizer ("3D Viewer"));
viewer->setBackgroundColor (0, 0, 0);
//以上是例項化視窗的標準程式碼
viewer->addCoordinateSystem (1.0);
//分別註冊響應鍵盤和滑鼠事件，keyboardEventOccurred mouseEventOccurred回撥函式，需要將boost::shared_ptr強制轉換為void*
viewer->registerKeyboardCallback (keyboardEventOccurred, (void*)viewer.get ());
viewer->registerMouseCallback (mouseEventOccurred, (void*)viewer.get ());
return (viewer);
}
##· main() 函式
int main (int a
// --------------
// -----Help-----
// --------------
void
printUsage (const char* progName)
{
std::cout << "\n\nUsage: "<<progName<<" [options]\n\n"
<< "Options:\n"
<< "-------------------------------------------\n"
<< "-h this help\n"
<< "-s Simple visualisation example\n"
<< "-r RGB colour visualisation example\n"
<< "-c Custom colour visualisation example\n"
<< "-n Normals visualisation example\n"
<< "-a Shapes visualisation example\n"
<< "-v Viewports example\n"
<< "-i Interaction Customization example\n"
<< "\n\n";
}rgc, char** argv)
{
// --------------------------------------
// -----Parse Command Line Arguments-----
// --------------------------------------
if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-h") >= 0)
{
printUsage (argv[0]);
return 0;
}
bool simple(false), rgb(false), custom_c(false), normals(false),
shapes(false), viewports(false), interaction_customization(false);
if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-s") >= 0)
{
simple = true;
std::cout << "Simple visualisation example\n";
}
else if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-c") >= 0)
{
custom_c = true;
std::cout << "Custom colour visualisation example\n";
}
else if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-r") >= 0)
{
rgb = true;
std::cout << "RGB colour visualisation example\n";
}
else if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-n") >= 0)
{
normals = true;
std::cout << "Normals visualisation example\n";
}
else if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-a") >= 0)
{
shapes = true;
std::cout << "Shapes visualisation example\n";
}
else if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-v") >= 0)
{
viewports = true;
std::cout << "Viewports example\n";
}
else if (pcl::console::find_argument (argc, argv, "-i") >= 0)
{
interaction_customization = true;
std::cout << "Interaction Customization example\n";
}
else
{
printUsage (argv[0]);
return 0;
}
// ------------------------------------
// -----Create example point cloud-----
// ------------------------------------
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr basic_cloud_ptr (new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::Ptr point_cloud_ptr (new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>);
std::cout << "Genarating example point clouds.\n\n";
// We're going to make an ellipse extruded along the z-axis. The colour for
// the XYZRGB cloud will gradually go from red to green to blue.
uint8_t r(255), g(15), b(15);
for (float z(-1.0); z <= 1.0; z += 0.05)
{
for (float angle(0.0); angle <= 360.0; angle += 5.0)
{
pcl::PointXYZ basic_point;
basic_point.x = 0.5 * cosf (pcl::deg2rad(angle));
basic_point.y = sinf (pcl::deg2rad(angle));
basic_point.z = z;
basic_cloud_ptr->points.push_back(basic_point);
pcl::PointXYZRGB point;
point.x = basic_point.x;
point.y = basic_point.y;
point.z = basic_point.z;
uint32_t rgb = (static_cast<uint32_t>(r) << 16 |
static_cast<uint32_t>(g) << 8 | static_cast<uint32_t>(b));
point.rgb = *reinterpret_cast<float*>(&rgb);
point_cloud_ptr->points.push_back (point);
}
if (z < 0.0)
{
r -= 12;
g += 12;
}
else
{
g -= 12;
b += 12;
}
}
basic_cloud_ptr->width = (int) basic_cloud_ptr->points.size ();
basic_cloud_ptr->height = 1;
point_cloud_ptr->width = (int) point_cloud_ptr->points.size ();
point_cloud_ptr->height = 1;
// ----------------------------------------------------------------
// -----Calculate surface normals with a search radius of 0.05-----
// ----------------------------------------------------------------
pcl::NormalEstimation<pcl::PointXYZRGB, pcl::Normal> ne;
ne.setInputCloud (point_cloud_ptr);
pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZRGB>::Ptr tree (new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZRGB> ());
ne.setSearchMethod (tree);
pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr cloud_normals1 (new pcl::PointCloud<pcl::Normal>);
ne.setRadiusSearch (0.05);
ne.compute (*cloud_normals1);
// ---------------------------------------------------------------
// -----Calculate surface normals with a search radius of 0.1-----
// ---------------------------------------------------------------
pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr cloud_normals2 (new pcl::PointCloud<pcl::Normal>);
ne.setRadiusSearch (0.1);
ne.compute (*cloud_normals2);
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer;
if (simple)
{
viewer = simpleVis(basic_cloud_ptr);
}
else if (rgb)
{
viewer = rgbVis(point_cloud_ptr);
}
else if (custom_c)
{
viewer = customColourVis(basic_cloud_ptr);
}
else if (normals)
{
viewer = normalsVis(point_cloud_ptr, cloud_normals2);
}
else if (shapes)
{
viewer = shapesVis(point_cloud_ptr);
}
else if (viewports)
{
viewer = viewportsVis(point_cloud_ptr, cloud_normals1, cloud_normals2);
}
else if (interaction_customization)
{
viewer = interactionCustomizationVis();
}
//--------------------
// -----Main loop-----
//--------------------
while (!viewer->wasStopped ())
{
viewer->spinOnce (100);
boost::this_thread::sleep (boost::posix_time::microseconds (100000));
}
}