点云到体素

Question

我有一个笛卡尔坐标系下的点云。我想使用Python将这些点包裹在网格中，然后计算出点云的体积。这些点分布在整个点云中，而不仅仅是代表最外层表面的点。我想要包裹最外层表面。请问有哪个库可以帮助我完成这个任务？您推荐我使用哪些函数来包裹和计算体积呢？

谢谢您提前的帮助！

- geop

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你有查看过 BallPivoting 算法吗？ - abenci

Answer 1

你需要做的是计算您点云的凸包。

您可以使用https://github.com/daavoo/pyntcloud来完成此操作（欢迎贡献）。

以下是步骤：

从文件加载点云：

from pyntcloud import PyntCloud
diamond = PyntCloud.from_file("test/data/diamond.ply")

以下是示例点云的外观：

计算凸包

这里使用了scipy对Qhull库的封装：

convex_hull_id = diamond.add_structure("convex_hull")

您可以通过以下方式访问凸包：

convex_hull = diamond.structures[convex_hull_id]

可视化凸包

您可以按照以下步骤从凸包中生成网格：

diamond.mesh = convex_hull.get_mesh()

将点云和网格保存到文件中（例如ply格式），并在任何3D网格软件（例如Meshlab）中进行可视化：

diamond.to_file("diamond_hull.ply", also_save=["mesh"])

以下是在meshlab中可视化输出的结果：

从凸包中获取体积

最后，你可以像这样轻松地访问凸包的体积：

volume = convex_hull.volume

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使用球进行测试

为了测试此方法的精度，您可以运行以下代码。

这将生成一个半径为25的球体点云，并使用凸包计算该球的体积：

from pyntcloud import PyntCloud
from pyntcloud.geometry.models.sphere import create_sphere
cloud = PyntCloud(create_sphere(center=[0, 0, 0], radius=25, n_points=100000))
convex_hull_id = cloud.add_structure("convex_hull")
convex_hull = cloud.structures[convex_hull_id]
print(convex_hull.volume)

输出：

65439.21101051165

由于它是一个球体，我们实际上可以计算出真实的体积：

import numpy as np
# google: volume of sphere
print((4/3) * np.pi * (25 ** 3))

输出：

65449.84694978735

考虑到我们使用米作为单位，并且只用十万个点来近似表示球体，Whit的回答已经相当接近了。

- David de la Iglesia

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在最新版本的 pyntcloud 中，应该将 volume = convex_hull.volume 替换为 volume = convex_hull.get_feature_vector()。 - Haozhe Xie