PCL点云可视化

PCL点云可视化

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前言

在做点云处理相关的工作中，通常需要将点云进行可视化以方便我们查看处理结果。PCLVisualizer是PCL中一个能够提供完备点云可视化功能的类，使用这个类可以实现基本的点云可视化、法向量显示、画各种图形、多视窗显示等功能。

本文将通过几个例程来介绍如何使用PCLVisualizer类来实现点云的可视化。

点云可视化例程

1. 基本的点云可视化

#include?<pcl/io/pcd_io.h>
#include?<pcl/point_types.h>
#include?<pcl/visualization/cloud_viewer.h>

#include?<chrono>
#include?<iostream>
#include?<thread>

int?main(int?argc,?char**?argv)?{
??if?(argc?<?2)?{
????std::cout?<<?"Usage:?"?<<?argv[0]?<<?"?<pcd_file>\n";
????return?-1;
??}
??const?std::string?pcd_file(argv[1]);
??pcl::PointCloud<pcl::PointXYZI>::Ptr?point_cloud(
??????new?pcl::PointCloud<pcl::PointXYZI>);

??if?(pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZI>(pcd_file,?*point_cloud)?==?-1)?{
????std::cout?<<?"Can't?read?pcd?file:?"?<<?pcd_file?<<?std::endl;
????return?-1;
??}

??pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr?visualizer(
??????new?pcl::visualization::PCLVisualizer("PointCloud?Visualizer"));
??visualizer->setBackgroundColor(0,?0,?0);
??visualizer->addPointCloud<pcl::PointXYZI>(point_cloud,?"PointCloud");
??visualizer->setPointCloudRenderingProperties(
??????pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,?3,?"PointCloud");
??visualizer->addCoordinateSystem(5.0);

??while?(!visualizer->wasStopped())?{
????visualizer->spinOnce(100);
????std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
??}

??return?0;
}

在上面的代码中，首先是从PCD文件中读取点云数据，然后实例化一个PCLVisualizer类对象visualizer来对点云进行可视化。PCLVisualizer类的几个成员函数的功能如下：

• setBackgroundColor：用于设置显示窗口的背景颜色，颜色用RGB来表示，这里设置为黑色。
• addPointCloud：用于把点云加载到显示窗口中，第二个参数是string类型，是一个用来标识该点云的ID，因为可以通过addPointCloud添加多个点云所以必须加ID来进行区分。
• setPointCloudRenderingProperties：用于设置点云的渲染参数，这里设置的是点云的大小PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE，值越大则显示的点就越大。其他的渲染参数可以参考枚举类型pcl::visualization::RenderingProperties。
• addCoordinateSystem：显示坐标轴，XYZ三个坐标轴的颜色分别为红色R、绿色G、蓝色B。

下图是用上面的代码对SemanticKITTI数据集中某帧点云进行可视化的结果：

2. 给点云一点颜色

使用上面的代码显示的点云颜色默认是白色，如果想让点云显示其他的颜色，可以通过pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom给点云设置其他颜色，这样就可以通过PCLVisualizer显示彩色了。

pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr?visualizer(
??????new?pcl::visualization::PCLVisualizer("PointCloud?Visualizer"));
??visualizer->setBackgroundColor(0,?0,?0);
??pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZI>
??????single_color_handler(point_cloud,?0,?255,?0);
??visualizer->addPointCloud<pcl::PointXYZI>(point_cloud,?single_color_handler,
????????????????????????????????????????????"PointCloud");
??visualizer->setPointCloudRenderingProperties(
??????pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,?3,?"PointCloud");
??visualizer->addCoordinateSystem(5.0);

与前面的程序相比，PCLVisualizer这里需要实例化一个pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom对象来设置自定义的RGB颜色，并把这个对象作为参数传递给addPointCloud函数。我这里把点云颜色设置为绿色，下图是点云显示效果：

3. 每个点都想要属于自己的颜色

上面的例子只能够让整个点云显示同一种颜色，如果每个点都想显示不同的颜色该怎么办呢？比如在自动驾驶感知任务中需要对激光点云做语义分割，也就是给每个点都赋予一个语义标签。为了直观地查看点云语义分割的结果，那么在可视化界面中就需要让每个点都显示其语义标签对应的颜色。怎么实现这个功能呢？来看下面的代码：

??pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::Ptr?rgb_pointcloud(
??????new?pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>);
??for?(std::size_t?i?=?0;?i?<?point_cloud->size();?++i)?{
????const?auto?&point?=?point_cloud->points.at(i);
????const?auto?&label?=?labels.at(i);
????if?(KITTI_COLOR_MAP.find(label)?==?KITTI_COLOR_MAP.end())?{
??????std::cout?<<?"Invalid?label:?"?<<?label?<<?std::endl;
??????continue;
????}
????const?auto?&bgr_color?=?KITTI_COLOR_MAP.at(label);
????pcl::PointXYZRGB?rgb_point;
????rgb_point.x?=?point.x;
????rgb_point.y?=?point.y;
????rgb_point.z?=?point.z;
????rgb_point.r?=?bgr_color.at(2);
????rgb_point.g?=?bgr_color.at(1);
????rgb_point.b?=?bgr_color.at(0);
????rgb_pointcloud->push_back(std::move(rgb_point));
??}

??pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr?visualizer(
??????new?pcl::visualization::PCLVisualizer("PointCloud?Visualizer"));
??visualizer->setBackgroundColor(0,?0,?0);
??pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField<pcl::PointXYZRGB>
??????rgb_color_handler(rgb_pointcloud);
??visualizer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(rgb_pointcloud,?rgb_color_handler,
??????????????????????????????????????????????"RGB?PointCloud");
??visualizer->setPointCloudRenderingProperties(
??????pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,?3,?"RGB?PointCloud");
??visualizer->addCoordinateSystem(5.0);

要想给每个点都赋上颜色值，首先需要把点云格式转换为pcl::PointXYZRGB格式，并且给每个点都设置一个RGB值，我这里是根据SemanticKITTI数据集中的label文件对每个点设置其语义标签对应的颜色。PCLVisualizer这里有2个变化：

1. 点云格式变为pcl::PointXYZRGB格式；
2. 需要实例化一个pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField对象，并作为参数传递给addPointCloud函数。

根据每个点的语义标签显示对应颜色的效果如下图所示：

4. 多视窗显示

有的时候我们想要直观地对比不同的点云，比如对比原始点云与语义分割后的结果，或者不同分割算法对同一帧点云的语义分割结果。要想实现这种功能，可以把不同的点云放在不同的显示窗口中。PCLVisualizer允许创建多个视窗，每个视窗可以显示各自的点云。

pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr?visualizer(
??????new?pcl::visualization::PCLVisualizer("PointCloud?Visualizer"));

//?创建视窗1用于显示原始点云
int?view_port_1?=?1;
visualizer->createViewPort(0.0,?0.0,?0.5,?1.0,?view_port_1);
visualizer->setBackgroundColor(0,?0,?0,?view_port_1);
visualizer->addPointCloud<pcl::PointXYZI>(point_cloud,?"PointCloud");
visualizer->setPointCloudRenderingProperties(
????pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,?3,?"PointCloud");

//?创建视窗2用于显示语义分割后的点云
int?view_port_2?=?2;
visualizer->createViewPort(0.5,?0.0,?1.0,?1.0,?view_port_2);
visualizer->setBackgroundColor(0,?0,?0,?view_port_2);
pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField<pcl::PointXYZRGB>
????rgb_color_handler(rgb_pointcloud);
visualizer->addPointCloud<pcl::PointXYZRGB>(rgb_pointcloud,?rgb_color_handler,
????????????????????????????????????????????"RGB?PointCloud",?view_port_2);
visualizer->setPointCloudRenderingProperties(
????pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,?3,?"RGB?PointCloud");
visualizer->addCoordinateSystem(5.0);

PCLVisualizer类的createViewPort函数用于创建视窗，创建的时候需要指定视窗的四个坐标xmin,ymin,xmax,ymax（0.0~1.0范围内）和它的ID，后面再调用addPointCloud函数把点云加载到指定的视窗中去。不同的视窗加载不同的点云，这样就可以在多个视窗中显示各自的点云了，显示效果如下：

在上图中，左边为原始点云，右边为语义分割的结果。如果我们按住鼠标左键变换视角，两边的点云是一起变换的，可以让我们非常方便地去对比结果，很实用！

结束语

本文通过几个例程介绍了如何使用PCL库的PCLVisualizer类对点云进行可视化，这个类还有很多其他的功能，比如画各种形状（直线、箭头、立方体等）、显示文本、显示点云的法向量等等，由于篇幅有限本文就不一一展示了，感兴趣的读者可以通过下面参考资料里的链接去查看相关的文档。

参考资料

• pcl.readthedocs.io/projects/tu…
• pointclouds.org/documentati…

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