三种点云下采样方法— Open3D Python

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本文介绍了点云下采样在计算机图形学、机器人和自动驾驶等领域的应用,重点讲解了使用Open3D Python库实现的Voxel Grid、Uniform和Random三种下采样方法,以减小数据规模、降低计算复杂度并保留主要形状特征。

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点云(point cloud)是由大量离散的三维点构成的数据集,广泛应用于计算机图形学、机器人、自动驾驶等领域。然而,原始的点云数据往往十分庞大,包含大量的冗余信息和噪声。为了减小数据规模、降低计算复杂度,并保留主要的形状特征,点云下采样(downsampling)成为一个重要的预处理步骤。本文将介绍三种常用的点云下采样方法,并演示如何使用 Open3D Python 库实现这些方法。

1. Voxel Grid 下采样

Voxel Grid 下采样是一种基于体素(Voxel)的方法。它将点云空间划分为规则的立方体网格,并保留每个网格中的一个代表性点作为采样结果。这种方法简单高效,适用于大多数场景。

import open3d as o3d

def voxel_grid_downsampling(pcd, voxel_size):
    downsampled 
### 使用Open3D进行点云曲率采样的方法 #### 安装依赖库 为了能够顺利运行点云处理程序,需先安装必要的软件包。可以通过`pip`工具轻松安装Open3D库。 ```bash pip install open3d ``` #### 导入所需模块并加载点云数据 在开始编写具体的功能之前,要导入所需的Python模块,并读取待处理的点云文件。通常情况下,会涉及到numpy以及open3d这两个核心库[^3]。 ```python import numpy as np import open3d as o3d # 加载点云数据 (假设为.ply格式) pcd = o3d.io.read_point_cloud("path_to_your_pcd_file.ply") o3d.visualization.draw_geometries([pcd]) ``` #### 计算点云曲率估计 对于给定的一组三维坐标构成的点集来说,其局部几何特性可通过估算各点处的曲率来进行描述。这一步骤是后续筛选重要特征的基础操作之一。Open3D支持直接调用内置函数来获取这些属性值[^4]。 ```python # 设置KNN参数用于近邻搜索 knn_param = 20 # 执行法线估计作为预处理步骤 pcd.estimate_normals(search_param=o3d.geometry.KDTreeSearchParamHybrid(radius=0.1, max_nn=knn_param)) # 获取所有顶点对应的曲率列表 curvatures = pcd.compute_curvature() print(f"Point cloud has {len(curvatures)} points with curvature values.") ``` 需要注意的是,在实际应用过程中可能还需要调整`search_param`中的参数设置以适应不同规模的数据集需求。 #### 基于曲率阈值选取关键样本点 当获得了完整的曲率分布之后,则可以根据设定好的条件挑选出那些最能代表整体结构特点的关键节点。这里采用简单的方式——依据指定百分位数过滤掉大部分平坦区域内的冗余信息只留下少数几个具有显著变化趋势的位置。 ```python from scipy.stats import scoreatpercentile # 设定保留比例(例如前1%高曲率点) keep_ratio = 1 threshold = scoreatpercentile(curvatures, 100 - keep_ratio) filtered_indices = [i for i, c in enumerate(curvatures) if c >= threshold] downsampled_pcd = pcd.select_by_index(filtered_indices) print(f"After downsampling based on curvature, point cloud contains {len(downsampled_pcd.points)} points.") o3d.visualization.draw_geometries([downsampled_pcd]) ``` 此过程不仅减少了原始输入的数量级同时也提高了模型训练效率而不损失太多细节表现力。
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