求取点云数组中的最近点

import numpy as np
from sklearn.neighbors import NearestNeighbors
samples = [[0, 0, 2], [1, 0, 0], [0, 0, 1]]
detect =  [[0, 0, 1.3], [1.1, 0, 0]]
neigh = NearestNeighbors(n_neighbors=1)
neigh.fit(samples)
#NearestNeighbors(…)
a,d = neigh.kneighbors(detect,return_distance=True)
#返回的是距离数组和最近点索引数组
print(a.ravel(),d.ravel())

输出结果为

[0.3 0.1] [2 1]

以下是NearestNeighbors函数的介绍
NearestNeighbors(n_neighbors=5, radius=1.0, algorithm=‘auto’, leaf_size=30, metric=‘minkowski’, p=2, metric_params=None, n_jobs=None)

Parameters(参数):

n_neighbors(n邻域):所要选用的最近邻的数目,相当于knn算法(k近邻算法)中的 k,(default = 5),在设置此参数时输入的需为整形(int)。

radius(半径):要使用的参数空间范围,在设置此参数时输入的需为浮点数(float)。

algorithm{‘auto’, ‘ball_tree’, ‘kd_tree’, ‘brute’}:即用于选取计算最近邻的算法:这里主要包括

‘auto’ :根据样本数据自动刷选合适的算法。

‘ball_tree’:构建“球树”算法模型。

‘kd_tree’ :‘’kd树‘’算法。

‘brute’ :使用蛮力搜索,即或相当于Knn算法,需遍历所有样本数据与目标数据的距离,进而按升序排序从而选取最近的K个值,采用投票得出结果。

注意:拟合稀疏输入将覆盖此参数的设置,使用蛮力。)

leaf_size:叶的大小,针对算法为球树或KD树而言。这个设置会影响构造和查询的速度,以及存储树所需的内存。最优值取决于问题的性质。

metric:用于树的距离度量。默认度量是Minkowski,p=2等价于标准的欧几里德度量。有关可用度量的列表,可以查阅距离度量类的文档。如果度量是“预先计算的”,则假定X是距离矩阵,在拟合期间必须是平方。

p:Minkowski度量参数的参数来自sklearn.emeics.pairwise.pairwise_距离。当p=1时,这等价于使用曼哈顿距离(L1),欧几里得距离(L2)等价于p=2时,对于任意的p,则使用Minkowski_距离(L_P)。

metric_params:度量函数的附加关键字参数,设置应为dict(字典)形式。

n_jobs:要为邻居搜索的并行作业的数量。None指1,除非在joblib.parallel_backend背景。-1意味着使用所有处理器,若要了解相关的知识应该具体查找一下。

### 计算点云数据的体积 要计算点云数据的体积,可以通过两种主要方法实现:一种是基于凸包的方法,另一种是非凸包方法(如体素格化)。以下是具体说明: #### 方法一:基于凸包的体积计算 对于点云数据,其凸包是一个包含所有的最小凸多边形或多面体。通过构建点云的三维凸包并计算该几何形状的体积,可以获得近似的点云体积。 在 C++ 中,可以利用 PCL 库中的 `ConvexHull` 类来完成这一操作[^2]。下面是一段示例代码展示如何使用 PCL 来计算点云的凸包体积: ```cpp #include <pcl/io/pcd_io.h> #include <pcl/point_types.h> #include <pcl/surface/convex_hull.h> int main() { pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>); // 加载点云文件 if (pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>("cloud.pcd", *cloud) == -1) { std::cerr << "无法加载点云文件." << std::endl; return (-1); } pcl::ConvexHull<pcl::PointXYZ> hull_estimation; pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr convex_hull_cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>()); Eigen::Vector3f centroid; hull_estimation.setInputCloud(cloud); // 设置输入点云 hull_estimation.setDimension(3); // 设定维度为3维 hull_estimation.reconstruct(*convex_hull_cloud, centroid); double volume = hull_estimation.getTotalVolume(); // 获取凸包体积 std::cout << "点云的凸包体积为:" << volume << std::endl; } ``` 这种方法适用于简单场景下的粗略估计,但对于复杂形状可能不够精确[^1]。 --- #### 方法二:基于体素格化的体积计算 为了更准确地表示实际物体的体积而非仅限于外接凸壳,可采用体素格化技术。此方法将空间划分为许多小立方体单元(即体素),统计被占据的体素除以单个体素大小即可得到总体积。 虽然 PCL 并未直接提供用于此类任务的功能模块,但开发者能够借助网格划分工具自行设计逻辑流程。例如,在 Python 下结合 NumPy 和 SciPy 实现如下功能片段: ```python import numpy as np from scipy.spatial import Delaunay def calculate_volume(points): tri = Delaunay(points[:, :3]) # 创建三角剖分 tetrahedrons = points[tri.simplices] def signed_volume(a, b, c, d): return np.abs(np.dot((b-a), np.cross(c-a, d-a))) / 6.0 volumes = [] for t in tetrahedrons: vols = signed_volume(t[0], t[1], t[2], t[3]) volumes.append(vols) total_volume = sum(volumes) return total_volume # 假设 point_cloud 是已有的点云数组 volume = calculate_volume(point_cloud) print(f"点云的真实体积约为 {volume}") ``` 上述脚本运用了四面体分解法配合符号体积公式求取整体数值。 --- ### 总结 以上介绍了两种不同的策略分别对应不同需求层次上的解决方案——前者快速简便却牺牲了一定精度;后者则更加细致耗时较长适合高要求场合下选用。依据实际情况选取合适的技术路径至关重要。
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