Python VTK «нормализует» облако точек - PullRequest
0 голосов
/ 09 октября 2018

Я много искал, но пока не нашел ответа.В настоящее время я работаю над некоторыми данными о поле культуры.У меня есть PLY-файлы для нескольких полей, которые я успешно прочитал, отфильтровал и визуализировал с помощью Python и VTK.Моя главная цель - в конечном итоге разбить на сегменты и запустить анализ на отдельных графиках.

Однако, чтобы упростить эту задачу, я сначала хочу «нормализовать» мое облако точек, чтобы все графики были «на одном уровне».Из изображения, которое я прикрепил, видно, что точка кома наклоняется от одного угла к противоположному.Итак, что я хочу, чтобы сгладить изображение, чтобы точки заземления были на одной плоскости / уровне.И сброс точек скорректирован соответственно.

Облако точек

Я также включил свой код, чтобы показать, как я дошел до этой точки.Если у кого-нибудь есть какие-либо советы о том, как я могу добиться нормализации в одной плоскости, я был бы очень признателен.К сожалению, я не могу включить свои данные, поскольку они связаны с работой.

Спасибо.Джош

import vtk
from vtk.util import numpy_support
import numpy as np

filename = 'File.ply'

# Reader
r = vtk.vtkPLYReader()
r.SetFileName(filename)

# Filters
vgf = vtk.vtkVertexGlyphFilter()
vgf.SetInputConnection(r.GetOutputPort())

# Elevation
pc = r.GetOutput()
bounds = pc.GetBounds()
#print(bounds)
minz = bounds[4]
maxz = bounds[5]
#print(bounds[4], bounds[5])
evgf = vtk.vtkElevationFilter()
evgf.SetInputConnection(vgf.GetOutputPort())
evgf.SetLowPoint(0, 0, minz)
evgf.SetHighPoint(0, 0, maxz)
#pc.GetNumberOfPoints()

# Look up table
lut = vtk.vtkLookupTable()
lut.SetHueRange(0.667, 0)
lut.SetSaturationRange(1, 1)
lut.SetValueRange(1, 1)
lut.Build

# Renderer
mapper = vtk.vtkPolyDataMapper()
mapper.SetInputConnection(evgf.GetOutputPort())
mapper.SetLookupTable(lut)

actor = vtk.vtkActor()
actor.SetMapper(mapper)

renderer = vtk.vtkRenderer()
renWin = vtk.vtkRenderWindow()
renWin.AddRenderer(renderer)
iren = vtk.vtkRenderWindowInteractor()
iren.SetRenderWindow(renWin)

renderer.AddActor(actor)
renderer.SetBackground(0, 0, 0) 

renWin.Render()
iren.Start()

1 Ответ

0 голосов
/ 09 октября 2018

Я однажды решил похожую проблему.Найдите ниже некоторый код, который я использовал тогда.Он использует две функции fitPlane и findTransformFromVectors, которые вы можете заменить своими собственными реализациями.

Обратите внимание, что существует множество способов подогнать плоскость через набор точек. В этом посте SO обсуждается сравнение scipy.optimize.minimize с scipy.linalg.lstsq другой публикации SO предлагается использование PCA или RANSAC и другие методы.Возможно, вы захотите использовать методы, предоставляемые sklearn, numpy или другими модулями.Мое решение просто (и не надежно) вычисляет обычную регрессию наименьших квадратов.

import vtk
import numpy as np
# Convert vtk to numpy arrays
from vtk.util.numpy_support import vtk_to_numpy as vtk2np

# Create a random point cloud.
center = [3.0, 2.0, 1.0]
source = vtk.vtkPointSource()
source.SetCenter(center)
source.SetNumberOfPoints(50)
source.SetRadius(1.)
source.Update()
source = source.GetOutput()
# Extract the points from the point cloud.
points = vtk2np(source.GetPoints().GetData())
points = points.transpose()

# Fit a plane. nRegression contains the normal vector of the
# regression surface.
nRegression = fitPlane(points)
# Compute a transform that maps the source center to the origin and
# plane normal to the z-axis.
trafo = findTransformFromVectors(originFrom=center,
                                 axisFrom=nRegression.transpose(),
                                 originTo=(0,0,0),
                                 axisTo=(0.,0.,1.))

# Apply transform to source.
sourceTransformed = vtk.vtkTransformFilter()
sourceTransformed.SetInputData(source)
sourceTransformed.SetTransform(trafo)
sourceTransformed.Update()

# Visualize output...

Здесь мои реализации fitPlane и findTransformFromVectors:

# The following code has been written by normanius under the CC BY-SA 4.0 
# license.
# License:    https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
# Author:     normanius: https://stackoverflow.com/users/3388962/normanius
# Date:       October 2018
# Reference:  https://stackoverflow.com/questions/52716438

def fitPlane(X, tolerance=1e-10):
    '''
    Estimate the plane normal by means of ordinary least dsquares.
    Requirement: points X span the full column rank. If the points lie in a
    perfect plane, the regression problem is ill-conditioned!

    Formulas:
        a = (XX^T)^(-1)*X*z
    Surface normal:
        n = [a[0], a[1], -1]
        n = n/norm(n)
    Plane intercept:
        c = a[2]/norm(n)

    NOTE: The condition number for the pseudo-inverse improves if the
          formulation is changed to homogenous notation.
    Formulas (homogenous):
        a = (XX^T)^(-1)*[1,1,1]^T
        n = a[:-1]
        n = n/norm(n)
        c = a[-1]/norm(n)

    Arguments:
        X:          A matrix with n rows and 3 columns
        tolerance:  Minimal condition number accepted. If the condition
                    number is lower, the algorithm returns None.

    Returns:
        If the computation was successful, a numpy array of length three is
        returned that represents the estimated plane normal. On failure,
        None is returned.
    '''
    X = np.asarray(X)
    d,N = X.shape
    X = np.vstack([X,np.ones([1,N])])
    z = np.ones([d+1,1])
    XXT = np.dot(X, np.transpose(X)) # XXT=X*X^T
    if np.linalg.det(XXT) < 1e-10:
        # The test covers the case where n<3
        return None
    n = np.dot(np.linalg.inv(XXT), z)
    intercept = n[-1]
    n = n[:-1]
    scale = np.linalg.norm(n)
    n /= scale
    intercept /= scale
    return n

def findTransformFromVectors(originFrom=None, axisFrom=None,
                             originTo=None, axisTo=None,
                             origin=None,
                             scale=1):
    '''
    Compute a transformation that maps originFrom and axisFrom to originTo
    and axisTo respectively. If scale is set to 'auto', the scale will be
    determined such that the axes will also match in length:
        scale = norm(axisTo)/norm(axisFrom)

    Arguments:  originFrom:     sequences with 3 elements, or None
                axisFrom:       sequences with 3 elements, or None
                originTo:       sequences with 3 elements, or None
                axisTo:         sequences with 3 elements, or None
                origin:         sequences with 3 elements, or None,
                                overrides originFrom and originTo if set
                scale:          - scalar (isotropic scaling)
                                - sequence with 3 elements (anisotropic scaling),
                                - 'auto' (sets scale such that input axes match
                                  in length after transforming axisFrom)
                                - None (no scaling)

    Align two axes alone, assuming that we sit on (0,0,0)
        findTransformFromVectors(axisFrom=a0, axisTo=a1)
    Align two axes in one point (all calls are equivalent):
        findTransformFromVectors(origin=o, axisFrom=a0, axisTo=a1)
        findTransformFromVectors(originFrom=o, axisFrom=a0, axisTo=a1)
        findTransformFromVectors(axisFrom=a0, originTo=o, axisTo=a1)
    Move between two points:
        findTransformFromVectors(orgin=o0, originTo=o1)
    Move from one position to the other and align axes:
        findTransformFromVectors(orgin=o0, axisFrom=a0, originTo=o1, axisTo=a1)
    '''
    # Prelude with trickle-down logic.
    # Infer the origins if an information is not set.
    if origin is not None:
        # Check for ambiguous input.
        assert(originFrom is None and originTo is None)
        originFrom = origin
        originTo = origin
    if originFrom is None:
        originFrom = originTo
    if originTo is None:
        originTo = originFrom
    if originTo is None:
        # We arrive here only if no origin information was set.
        originTo = [0.,0.,0.]
        originFrom = [0.,0.,0.]
    originFrom = np.asarray(originFrom)
    originTo = np.asarray(originTo)
    # Check if any rotation will be involved.
    axisFrom = np.asarray(axisFrom)
    axisTo = np.asarray(axisTo)
    axisFromL2 = np.linalg.norm(axisFrom)
    axisToL2 = np.linalg.norm(axisTo)
    if axisFrom is None or axisTo is None or axisFromL2==0 or axisToL2==0:
        rotate = False
    else:
        rotate = not np.array_equal(axisFrom, axisTo)
    # Scale.
    if scale is None:
        scale = 1.
    if scale == 'auto':
        scale = axisToL2/axisFromL2 if axisFromL2!=0. else 1.
    if np.isscalar(scale):
        scale = scale*np.ones(3)
    if rotate:
        rAxis = np.cross(axisFrom.ravel(), axisTo.ravel())  # rotation axis
        angle = np.dot(axisFrom, axisTo) / axisFromL2 / axisToL2
        angle = np.arccos(angle)

    # Here we finally compute the transform.
    trafo = vtk.vtkTransform()
    trafo.Translate(originTo)
    if rotate:
        trafo.RotateWXYZ(angle / np.pi * 180, rAxis[0], rAxis[1], rAxis[2])
    trafo.Scale(scale[0],scale[1],scale[2])
    trafo.Translate(-originFrom)
    return trafo
...