计算点云中角形的外接圆半径

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本文介绍了如何利用PCL库在点云处理中计算三角形的外接圆半径。首先导入PCL库,然后定义一个函数计算三角形中心和平均距离,接着遍历点云,找出最远点与中心点的距离,从而得到外接圆半径。通过示例代码,展示了计算过程,并提供了测试用例。

点云是三维空间中的离散点集合,广泛应用于计算机视觉、机器人学和三维重建等领域。在点云处理中,常常需要计算角形的外接圆半径。本文将介绍如何使用PCL(点云库)来计算角形的外接圆半径,并提供相应的源代码示例。

首先,我们需要导入PCL库以及其他所需的头文件:

#include <iostream>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/common/common.h>
### 截面点云的最大外接圆和最小内切圆拟合 对于截面点云数据,最大外接圆(Minimum Enclosing Circle, MEC)是指能够包围所有给定点的最小半径的圆;而最小内切圆(Largest Included Circle, LIC),则是指能够在这些点内部找到的最大半径的圆。 #### 最大外接圆拟合算法 一种常用的求解MEC的方法是基于Welzl's algorithm。该算法通过随机选取三个不共线的点来构建初始圆,并逐步增加更多的点直到所有的点都被覆盖为止[^1]。 ```python import numpy as np from scipy.spatial import ConvexHull def welzls_algorithm(points): hull = ConvexHull(points) convex_hull_points = points[hull.vertices] def make_circle_two_points_fixed(p0, p1, remaining_pts): center_x = (p0[0]+p1[0])/2 center_y = (p0[1]+p1[1])/2 radius = ((center_x-p0[0])**2+(center_y-p0[1])**2)**0.5 for i in range(len(remaining_pts)): if((remaining_pts[i][0]-center_x)**2 + (remaining_pts[i][1]-center_y)**2 > radius**2): return None return {'center': [center_x, center_y], 'radius': radius} def make_circle_one_point_fixed(point, other_points): min_radius = float('inf') result_center = [] for another_point in other_points: circle = make_circle_two_points_fixed(point, another_point, list(set(other_points)-set([another_point]))) if(circle is not None and circle['radius']<min_radius): min_radius=circle['radius'] result_center=circle['center'] return {'center':result_center,'radius':min_radius} n=len(convex_hull_points) while True: index=np.random.randint(n,size=3) three_points=[convex_hull_points[index[0]],convex_hull_points[index[1]],convex_hull_points[index[2]]] try: circumcircle = minimum_bounding_circle(three_points) break except ValueError: continue outside_indices = [] for idx,pnt in enumerate(convex_hull_points): dist_to_circumcentre=((circumcircle.center()[0]-pnt[0])**2+(circumcircle.center()[1]-pnt[1])**2)**0.5 if(dist_to_circumcentre>circumcircle.radius()): outside_indices.append(idx) if len(outside_indices)==0: return circumcircle elif len(outside_indices)>0: new_set_of_points=list(np.delete(convex_hull_points,outside_indices,axis=0)) for out_idx in outside_indices: temp_result=make_circle_one_point_fixed(convex_hull_points[out_idx],new_set_of_points) if(temp_result!=None and temp_result['radius']>circumcircle.radius()): circumcircle=temp_result return circumcircle ``` 此代码片段实现了Welzl’s Algorithm的一个简化版本用于计算二维空间中的最小封闭圆形[^1]。 #### 最小内切圆拟合算法 为了得到LIC,则可以采用不同的策略——比如迭代优化法或是暴力搜索法。这里介绍的是一个较为简单的思路:先找出凸包上的最远两点作为直径端点尝试建立候选圆心位置,再调整这个初步估计的位置使得它尽可能远离边界上其他任何一点[^2]。 ```python def largest_inscribed_circle(points): from shapely.geometry import Point, Polygon poly = Polygon(points) cx, cy = poly.centroid.coords[0] max_r = 0 best_pt = None for pt in points: r = min(poly.exterior.distance(Point(pt)), poly.interiors[0].distance(Point(pt)) if hasattr(poly,"interiors") else float('inf')) if r>max_r: max_r=r best_pt=(cx,cy) return {"center":best_pt,"radius":max_r} ``` 上述Python函数`largest_incribed_circle()`接收一组表示多边形顶点坐标的列表,并返回字典形式的结果,其中包含了所求得的最佳圆心坐标以及对应的半径长度[^2]。
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