SVD拟合直线、平面

SVD的原理、应用参考博客:奇异值分解(SVD)方法求解最小二乘问题的原理 - 一抹烟霞 - 博客园

SVD拟合直线:SVD的第一列就是直线的方向,直线位置点通过中心化测量点集得到

SVD拟合平面:SVD第一列向量与第二列向量的叉乘就是平面的 法向,平面的基点通过法向上的平移得到

具体步骤如下(以下代码使用了GSL数学库和opencascade模型库,且仅使用直线点集的中心点作为位置点):

	// 中心化测量点,并计算中心点作为拟合直线的位置。
		gp_Pnt location;
		const vector<gp_Pnt> points = Centralize(measuredPoints, location);

		// 创建矩阵。
		gsl_matrix* gslA = gsl_matrix_alloc(points.size(), 3);
		unique_ptr<gsl_matrix, function<void(gsl_matrix*)>> gslA_ForAutoDelete(gslA, GslMatrixDeleter);

		for (int i = 0; i < points.size(); i++) {
			gsl_matrix_set(gslA, i, 0, points[i].X());
			gsl_matrix_set(gslA, i, 1, points[i].Y());
			gsl_matrix_set(gslA, i, 2, points[i].Z());
		}

		// SVD分解。
		gsl_matrix* gslV = gsl_matrix_alloc(3, 3);
		unique_ptr<gsl_matrix, function<void(gsl_matrix*)>> gslV_ForAutoDelete(gslV, GslMatrixDeleter);

		gsl_vector* gslD = gsl_vector_alloc(3);
		unique_ptr<gsl_vector, function<void(gsl_vector*)>> gslD_ForAutoDelete(gslD, GslVectorDeleter);

		gsl_vector* work = gsl_vector_alloc(3);
		unique_ptr<gsl_vector, function<void(gsl_vector*)>> work_ForAutoDelete(work, GslVectorDeleter);

		int gsl_errno = gsl_linalg_SV_decomp(gslA, gslV, gslD, work);
		if (gsl_errno) {
			return nullptr;
		}

		// 第一个右奇异向量作为直线方向。
		gsl_vector* gslDirection = gsl_vector_alloc(3);
		unique_ptr<gsl_vector, function<void(gsl_vector*)>> gslDirection_ForAutoDelete(gslDirection, GslVectorDeleter);
		gsl_matrix_get_col(gslDirection, gslV, 0);

		gp_XYZ gpDirectinXYZ;
		GslFacility::Copy(gslDirection, gpDirectinXYZ);

		// 得到拟合直线。
		return make_shared<gp_Ax1>(location, gpDirectinXYZ);

### 使用RANSAC算法对点云图进行直线拟合 RANSAC(Random Sample Consensus,随机抽样一致性)是一种鲁棒估计方法,广泛应用于计算机视觉和机器学习领域中的模型参数估计问题。对于点云数据的处理,RANSAC可以用于拟合几何结构,例如平面、圆柱体以及直线等。 #### RANSAC算法原理 RANSAC通过反复选取最小样本集合来构建候选模型,并评估这些模型的好坏程度。具体来说,在直线拟合过程中,该算法会从点云中随机抽取两个不重叠的点作为初始假设直线上的两点,计算其对应的直线方程并验证其他点是否属于这条直线(即满足一定误差范围内的内点)。最终选择具有最多内点支持的直线作为最佳拟合结果[^2]。 #### MATLAB实现直线拟合 MATLAB提供了强大的功能来进行点云分析与建模。利用`fitLine()`函数可以直接完成简单的二维空间内点列向量形式表示的数据集上的直线拟合操作;而对于更复杂的三维场景下的点云集,则可以通过自定义脚本调用ransac机制实现更为精确的结果判定过程[^1]: ```matlab % 定义输入点云数据 points = [...]; % 用户需自行填充实际坐标值数组 model = ransac(points, @lineModelEstimator,... 'MaxDistance',0.1,'SampleSize',2); function modelParams = lineModelEstimator(samplePts) % 此处编写具体的两定点求解斜率截距逻辑代码片段... end ``` 上述伪代码框架展示了如何借助内置工具箱特性快速搭建起基础版本的应用程序原型。 #### Python环境下基于Open3D库的操作指南 除了依赖商业软件外,开源社区也贡献了许多优秀的解决方案供开发者选用。比如采用Python语言配合流行图形渲染引擎之一—Open3D即可轻松达成目标效果演示目的[^3]: ```python import open3d as o3d import numpy as np pcd = o3d.io.read_point_cloud("path_to_your_file.ply") plane_model, inliers = pcd.segment_plane(distance_threshold=0.01, ransac_n=3, num_iterations=1000) [line_direction_vector,...]=np.linalg.svd(np.array(plane_model).T)[..., :] # 提取方向矢量后进一步加工得到所需表达式系数关系式子等等后续步骤省略待补充完整流程说明文档链接地址如下所示: https://github.com/... # 项目主页仓库位置指引路径导航地图标注清楚便于查找参考借鉴学习交流讨论共同进步成长成才之路越走越宽广美好未来可期! ``` 此部分仅提供思路引导而非详尽无遗的具体实施方案,请读者朋友们根据各自实际情况灵活调整修改适应特定需求场合环境条件限制等因素综合考量权衡利弊得失再做决定行动起来吧! ---
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