PCL 平面点云边界特征提取（alpha shapes）
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一、概述
平面点云边界特征提取可以帮助识别点云数据中的几何特征，通过提取边界信息，识别出点云的轮廓或边界。Alpha Shapes 是一种边界提取算法，通过调节参数 α，来控制提取的边界形状。本文使用 PCL 的 pcl::ConcaveHull 类实现基于 Alpha Shapes 的点云边界提取，并可视化结果。
1.1原理
Alpha Shapes 算法是一种用于生成点集的边界的几何算法，具有灵活的 α 参数：
- 当 α 较大时，边界较为凸；
- 当 α 较小时，边界较为凹。
边界由多个连接在一起的三角形组成，α 参数决定了哪些点会参与到边界生成中。通过调整 α，可以实现不同层次的边界提取。基本步骤如下：
- 点云输入：从点云中选择点。
- 生成边界：根据 α 参数生成边界形状。
- 可视化边界：对提取出的边界进行可视化展示。
1.2实现步骤
- 加载点云数据；
- 使用 pcl::ConcaveHull 进行边界特征提取；
- 通过调整 α 参数，生成不同的边界形状；
- 可视化点云和边界结果。
1.3应用场景
- 物体识别：通过提取边界点，识别物体的轮廓；
- 表面重建：提取物体边缘，辅助表面重建算法；
- 形状分析：基于点云数据的形状分析，判断物体的几何特征。
二、代码实现
2.1关键函数
2.1.1 点云边界提取
该函数使用 pcl::ConcaveHull 进行点云边界提取，alpha 参数控制边界形状。
void extractBoundary(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud, pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr boundary, float alpha)
{
// 创建 ConcaveHull 对象
pcl::ConcaveHull<pcl::PointXYZ> concave_hull;
// 设置输入点云
concave_hull.setInputCloud(cloud);
// 设置 alpha 参数（控制边界形状）
concave_hull.setAlpha(alpha);
// 生成边界并存储到 boundary 点云中
concave_hull.reconstruct(*boundary);
}
2.1.2 可视化点云与边界
该函数负责将原始点云和提取的边界点进行可视化展示，原始点云显示为红色，边界点显示为绿色。
void visualizeBoundary(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud, pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr boundary)
{
// 创建可视化对象
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("Boundary Viewer"));
int vp1, vp2;
// 创建视口 1，显示原始点云
viewer->createViewPort(0.0, 0.0, 0.5, 1.0, vp1);
viewer->setBackgroundColor(1.0, 1.0, 1.0, vp1); // 设置背景为白色
viewer->addText("Original Point Cloud", 10, 10, "vp1_text", vp1);
// 原始点云设置为红色
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZ> cloud_color_handler(cloud, 255, 0, 0);
viewer->addPointCloud(cloud, cloud_color_handler, "original_cloud", vp1);
// 创建视口 2，显示边界
viewer->createViewPort(0.5, 0.0, 1.0, 1.0, vp2);
viewer->setBackgroundColor(0.98, 0.98, 0.98, vp2); // 设置背景为灰色
viewer->addText("Boundary", 10, 10, "vp2_text", vp2);
// 边界点设置为绿色
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZ> boundary_color_handler(boundary, 0, 255, 0);
viewer->addPointCloud(boundary, boundary_color_handler, "boundary_cloud", vp2);
// 开始可视化显示
viewer->spin();
}
2.2完整代码
#include <iostream>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/surface/concave_hull.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>
#include <boost/thread/thread.hpp>
// 提取边界点
void extractBoundary(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud, pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr boundary, float alpha)
{
// 创建 ConcaveHull 对象
pcl::ConcaveHull<pcl::PointXYZ> concave_hull;
// 设置输入点云
concave_hull.setInputCloud(cloud);
// 设置 alpha 参数（控制边界形状）
concave_hull.setAlpha(alpha);
// 生成边界并存储到 boundary 点云中
concave_hull.reconstruct(*boundary);
}
// 可视化点云与边界
void visualizeBoundary(pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud, pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr boundary)
{
// 创建可视化对象
boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("Boundary Viewer"));
int vp1, vp2;
// 创建视口 1，显示原始点云
viewer->createViewPort(0.0, 0.0, 0.5, 1.0, vp1);
viewer->setBackgroundColor(1.0, 1.0, 1.0, vp1); // 设置背景为白色
viewer->addText("Original Point Cloud", 10, 10, "vp1_text", vp1);
// 原始点云设置为红色
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZ> cloud_color_handler(cloud, 255, 0, 0);
viewer->addPointCloud(cloud, cloud_color_handler, "original_cloud", vp1);
// 创建视口 2，显示边界
viewer->createViewPort(0.5, 0.0, 1.0, 1.0, vp2);
viewer->setBackgroundColor(0.98, 0.98, 0.98, vp2); // 设置背景为灰色
viewer->addText("Boundary", 10, 10, "vp2_text", vp2);
// 边界点设置为绿色
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZ> boundary_color_handler(boundary, 0, 255, 0);
viewer->addPointCloud(boundary, boundary_color_handler, "boundary_cloud", vp2);
// 开始可视化显示
viewer->spin();
}
// 主函数
int main(int argc, char** argv)
{
// 读取点云数据
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>());
pcl::io::loadPCDFile("cloud.pcd", *cloud);
// 创建一个点云用于存储边界
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr boundary(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
// 提取边界，设定 alpha 为 0.05
float alpha = 0.05f;
extractBoundary(cloud, boundary, alpha);
// 可视化边界
visualizeBoundary(cloud, boundary);
return 0;
}
三、实现效果
原文地址：https://blog.csdn.net/qq_47947920/article/details/142753654
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