如何使pcl::CropBox绕自身特定轴而不是全局轴旋转？或者如何对pcl::CropBox应用仿射变换？

Question

我有一个立方体形状的点云，其x、y和z坐标范围为-1.0到1.0单位。

#include <pcl/ModelCoefficients.h>
#include <pcl/common/common.h>
#include <pcl/filters/crop_box.h>
#include <pcl/filters/voxel_grid.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

int main() {
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::Ptr
        main_cloud_ptr(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>),
        cropped_cloud_ptr1(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>),
        cropped_cloud_ptr2(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>);

    float x_start = -1.0, x_end = 1.0, x_resolution = 0.05;
    float y_start = -1.0, y_end = 1.0, y_resolution = 0.05;
    float z_start = -1.0, z_end = 1.0, z_resolution = 0.05;

    float rgb_color_mul = 5.0;
    float rgb_color_add = 10.0;

    pcl::PointXYZRGB pt;

    for (float i = x_start; i < x_end; i += x_resolution) {
        for (float j = y_start; j < y_end; j += y_resolution) {
            for (float k = z_start; k < z_end; k += z_resolution) {
                pt.x = i;
                pt.y = j;
                pt.z = k;
                pt.r = i * 100 + 100;
                pt.g = 200;
                pt.b = j * 100 + 50;
                main_cloud_ptr->points.push_back(pt);
            }
        }
    }

    std::cout << "main_cloud_ptr->points.size() = " << main_cloud_ptr->points.size() << "\n";

    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr visualizer1(new pcl::visualization::PCLVisualizer("visualizer1 -- main_cloud_ptr"));
    visualizer1->setBackgroundColor(0, 0, 0);
    visualizer1->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(main_cloud_ptr, "main_cloud_ptr");
    visualizer1->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 2, "main_cloud_ptr");
    visualizer1->addCoordinateSystem(0.5);
    visualizer1->addCube(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, "cube1");
    visualizer1->setRepresentationToWireframeForAllActors();
    while (!visualizer1->wasStopped()) {
        visualizer1->spinOnce();
    }

现在，使用 pcl::CropBox 过滤器，我想完成两个不同的任务，并从我的立方体点云中获取两种不同类型的切片：

1. 取出一个薄的切片，该切片

   • 与 XY 平面平行
   • 垂直于 z 轴
   • 距原点在 z 轴上某一特定距离，例如 0.3-0.5

2. 取出一个薄的切片

   • 其相对于盒子自身的 x 轴倾斜了 45 度，而不是相对于全局 x 轴旋转了 45 度
   • 其质心位于 z 轴上的 0.4 单位距离处

对于任务 1，我做了类似以下的事情，这是完全可以的：

    pcl::CropBox<pcl::PointXYZRGB> box_filter1;

    box_filter1.setMin(Eigen::Vector4f(-1.0, -1.0, 0.3, 1.0));
    box_filter1.setMax(Eigen::Vector4f(1.0, 1.0, 0.5, 1.0));

    box_filter1.setInputCloud(main_cloud_ptr);
    box_filter1.filter(*cropped_cloud_ptr1);

    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr visualizer2(new pcl::visualization::PCLVisualizer("visualizer2 -- cropped_cloud_ptr1"));
    visualizer2->setBackgroundColor(0, 0, 0);
    visualizer2->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cropped_cloud_ptr1, "cropped_cloud_ptr1");
    visualizer2->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 2, "cropped_cloud_ptr1");
    visualizer2->addCoordinateSystem(0.5);

    visualizer2->addCube(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, "cube2");

    visualizer2->setRepresentationToWireframeForAllActors();

    while (!visualizer2->wasStopped()) {
        visualizer2->spinOnce();
    }

对于任务2，我几乎按照任务1相同的程序进行操作，除了使用setRotation方法设置pcl :: CropBox的旋转之外，我做了类似于这样的事情：

    pcl::CropBox<pcl::PointXYZRGB> box_filter2;

    box_filter2.setMin(Eigen::Vector4f(-1.0, -1.0, 0.3, 1.0));
    box_filter2.setMax(Eigen::Vector4f(1.0, 1.0, 0.5, 1.0));

    box_filter2.setRotation(Eigen::Vector3f(M_PI / 4, 0, 0));

    box_filter2.setInputCloud(main_cloud_ptr);
    box_filter2.filter(*cropped_cloud_ptr2);

    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr visualizer3(new pcl::visualization::PCLVisualizer("visualizer2 -- cropped_cloud_ptr2"));
    visualizer3->setBackgroundColor(0, 0, 0);
    visualizer3->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(cropped_cloud_ptr2, "cropped_cloud_ptr2");
    visualizer3->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 2, "cropped_cloud_ptr2");
    visualizer3->addCoordinateSystem(0.5);

    visualizer3->addCube(-1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, "cube3");

    visualizer3->setRepresentationToWireframeForAllActors();

    while (!visualizer3->wasStopped()) {
        visualizer3->spinOnce();
    }

    return 0;
}

然而，在这种情况下，该盒子会被全局 X 轴旋转。

这不是我想要的。我只想绕其自身的x轴旋转/倾斜盒子（即，想象一个盒子的本地坐标系，原点位于盒子的重心处，所有本地x、y和z轴都与全局x、y和z轴平行）。

我知道在pcl::CropBox中有一个setTransform方法，它将Eigen::Affine3f对象作为输入参数。但是，我如何在我的情况下使用它来仅绕其自身的x轴旋转/倾斜cropBox？

如果有其他解决此问题的方法，请分享您的想法/解决方案。

- Milan

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今天，我遇到了 pcl::BoxClipper3D< PointT > 类，并且它被提到：“实现了一个三维盒子裁剪器。实际上，它允许仿射变换，因此可以处理任何一般姿态的平行六面体。仿射变换用于在将点裁剪到以原点为中心、每个维度上的范围为-1到+1的单位立方体之前对其进行变换。”但是，如何使用 Eigen 应用仿射变换呢？https://pointclouds.org/documentation/classpcl_1_1_box_clipper3_d.html - Milan

Answer 1

我在我的ROS项目中必须解决此问题，因此可以分享我的方法。

为了实现您所需的结果，您必须定义一个关于全局0,0,0对称的裁剪框/最小/最大值，然后将其旋转和平移到所需位置。

换句话说，您的盒子滤波器坐标系统默认情况下为0,0,0，并且不会通过.setMin() / .setMax()更改

您可以通过.setTranslation()更改您的滤波器坐标系统

`

box_filter2.setMin(Eigen::Vector4f(-0.5, -0.5, -0.1, 1.0));
box_filter2.setMax(Eigen::Vector4f(0.5, 0.5, 0.1, 1.0));

box_filter2.setTranslation(Eigen::Vector3f(0, 0, 0.4));

float angle = 45 * (M_PI / 180);
box_filter2.setRotation(Eigen::Vector3f ((float)(angle * M_PI / 180),0.0f, 0.0f));

仅翻译

带旋转

注意：

你也可以使用 setTransform 将平移和旋转组合成一个大的仿射变换。 对于两种方法，输入相同的值将不会产生相同的结果。

// This will produce a different result then the above snippet. 
//transform_matrix in x
transform_matrix(1, 1) = cos(angle);
transform_matrix(1, 2) = sin(angle);
transform_matrix(2, 1) = -sin(angle);
transform_matrix(2, 2) = cos(angle);

//translation by z
transform_matrix(2, 3) = 0.4;

Eigen::Affine3f transform;
transform = transform_matrix;
box_filter1.setTransform(transform);

我发现这种方法更容易出错，使用起来更困难。 仿射变换

一些有用的链接：

https://en.wikipedia.org/wiki/Transformation_matrix

https://www.andre-gaschler.com/rotationconverter/

如何将Eigen :: Matrix4f转换为Eigen :: Affine3f

希望这有所帮助。

- Joachim D

Answer 2

我采用了Joachim Dunkel的方法，并且对我有用。虽然我也在使用cropbox来解决Ros问题。

我认为pcl文档应该更清楚地提到设置翻译功能的目的。

在这里，“在翻译中，（tx，ty，tz）值是箱子应该被翻译的值”，这也意味着cropbox坐标轴的翻译。

- Rebellion