PCL点云库(2) — IO模块

2.1 IO模块接口

参考文章：

（1）Class pcl::FileReader

类FileReader定义了PCD文件的读取接口,主要用做其他读取类的父类。

（2）Class pcl::FileWriter

类FileWriter 与 FileReader对应,是写人PCD文件的类接口定义,可以作为其它写入类的父类。

（3）Class pcl::Grabber

类Grabber为PCL1.X对应的设备驱动接口的基类定义。

（4）Class openni_wrapper::OpenNIDevice

类OpenNIDevice定义OpenNI设备的基类，继承该基类可以实现不同的OpenNI设备子类，用于获取包括红外数据、RGB数据、深度图像数据等。

（5）Class openni_wrapper::DeviceKinect

（6）Class openni_wrapper::DevicePrimesense

（7）Class openni_wrapper::DeviceXtionPro

以上3个类分别封装了Kinect,Primesense,XtionPro相关设备操作和数据获取操作实现,其详细接口参考其父类OpenNIDevice的关键函数说明。

（8）Class openni_wrapper::DeviceONI

封装了利用ONI文件回放虚拟类kinect设备的操作和数据获取操作实现,其详细接口参考其父类OpenNIDevice的关键函数说明。

（9）Class openni_wrapper::OpenNIDriver

类OpenNIDriver采用单例模式实现对底层驱动的封装,里面包含一xn::Context对象,提供给所有设备使用。该类提供了枚举和访问所有设备的方法实现。

（10）Class openni_wrapper::OpenNIException

类OpenNIException封装一般的异常处理实现。

（11）Class openni_wrapper::Image

类Image是简单的图像数据封装基类。

（12）Class openni_wrapper::ImageBayerGRBG

（13）Class openni_wrapper::ImageRGB24

（14）Class openni_wrapper::ImageYUV422 Class Reference

以上3个类分别实现了对原始数据 BayerGRBG ,RGB24、YUV422到图像转化接口,详细参考其父类关键函数说明。

（15）Class pcl::OpenNIGrabber

类OpenNIGrabber 实现对OpenNI设备(例如Primesense PSDK，MicrosoftKinect，Asus XTion Pro/Live)数据的采集接口,详细参考其父类Grabber 关键函数说明。

（16）Class pcl::PCDReader

（17）Class pcl::PLYReader

以上两个类分别是PCD、PLY文件格式读入接口的实现,详细参考其父类pcl: :FileReader。

（18）Class pcl::PLYWriter

（19）Class pcl::PCDWriter

以上两个类分别是PCD、PLY文件格式写出接口的实现,详细参考其父类pcl: :FileWriter。

（20）Class pcl::io::IOException

类pcl::io::IOException 是I/O相关的异常处理接口实现,详细参考其父类PCLEx-ception。

（21）I/O模块其他关键成员

2.2 PCD数据读写

（1） PCD数据解析

# .PCD v0.7 - Point Cloud Data file format
VERSION 0.7
FIELDS x y z _
SIZE 4 4 4 1
TYPE F F F U
COUNT 1 1 1 4
WIDTH 112099
HEIGHT 1
VIEWPOINT 0 0 0 1 0 0 0
POINTS 112099
DATA binary

• VERSION 0.7：指定pcd文件的版本。
• FIELDS：指定每个点可以具有的维度，以及每个维度所代表的含义。例如：FIELDS x y z r g b表示该点的位置信息（x，y，z），颜色信息（r，g，b）。
• SIZE：以字节为单位指定每个数据所占用的内存。
• TYPE：指定每个数据的数据类型。其中无效的点的通常存储为NAN类型。

            I:可表示int8,int16,int32。
            U:可表示uint8,unit16,uint32。
            F:表示float（上图所用的为浮点类型）。

• COUNT：指定每个维度有多少元素。例如xyz数据通常只有一个元素。
• WIDTH：指定数据点的宽度,它包含两个含义：（1）可指定点云总个数(与POINTS相同)，用于无组织的数据。（2）可指定有组织点云数据的宽度(连续点的总数)。
• HEIGTH： 指定数据点的高度,它包含两个含义：（1）可指定有组织的点云数据的高度(总行数)。（2）对未组织的数据,它被设置为1。
• POINTS：指定点云总个数。
• VIEWPOINT：采集数据时的视点(由平移tx,ty,tz和四元数qw,qx,qy,qz组成)。
• DATA：点云数据存储的数据类型(支持ascii和binary)。如果以ASCII形式，每一点占据一个新行。

（2）PCD文件读写示例

cmake_minimum_required(VERSION 2.6)
project(pcd)
 
find_package(PCL 1.10 REQUIRED)
 
include_directories(${PCL_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${PCL_LIBRARY_DIRS})
add_definitions(${PCL_DEFINITIONS})
 
add_executable(pcd pcd.cpp)
 
target_link_libraries (pcd ${PCL_LIBRARIES})
 
install(TARGETS pcd RUNTIME DESTINATION bin)

#include <iostream>
#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>

using namespace std;

int main()
{
    pcl::PCDReader reader;
    pcl::PCLPointCloud2 org;
    pcl::io::loadPCDFile("../pcdfile.pcd",org);

    for(auto &f : org.fields)
    cout << f.name;

    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud;
    pcl::fromPCLPointCloud2<pcl::PointXYZ>(org,cloud);

    pcl::PCDWriter writer;
    pcl::io::savePCDFileBinaryCompressed("../savepcdfile.pcd",cloud);
    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer);
    viewer->setWindowName("PCDFile");
    viewer->addPointCloud(cloud.makeShared());
    while (!viewer->wasStopped())
    {
        viewer->spinOnce(100);
    }
    return 0;
}

2.3 PLY数据读写

（1）PLY数据解析

典型的PLY文件结构：

• 头部
• 顶点列表
• 面片列表
• 其他元素列表

ply
format ascii 1.0
element vertex 14806
property float x
property float y
property float z
property float nx
property float ny
property float nz
element face 0
property list uchar int vertex_indices
end_header
0.91441 -0.5338 0.822624 -0.0442205 -0.930906 0.362575
0.933494 -0.5228 0.820276 0.073409 -0.981856 0.174844
...

（2）PLY文件读写示例

cmake_minimum_required(VERSION 2.6)
project(ply)
 
find_package(PCL 1.10 REQUIRED)
 
include_directories(${PCL_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${PCL_LIBRARY_DIRS})
add_definitions(${PCL_DEFINITIONS})
 
add_executable(ply ply.cpp)
 
target_link_libraries (ply ${PCL_LIBRARIES})
 
install(TARGETS ply RUNTIME DESTINATION bin)

#include <iostream>
#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/io/ply_io.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>

using namespace std;

int main()
{
    pcl::PCLPointCloud2 cloud;
    pcl::io::loadPLYFile("../ply.ply",cloud);

    pcl::PLYReader reader;
    pcl::PLYWriter writer;

    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud1;
    pcl::fromPCLPointCloud2<pcl::PointXYZ>(cloud,cloud1);

    pcl::io::savePLYFile("saveply.ply",cloud,Eigen::Vector4f::Zero (),
                         Eigen::Quaternionf::Identity (),
                         true);

    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer);
    viewer->setWindowName("PLYFile");
    pcl::visualization::PointCloudColorHandlerGenericField<pcl::PointXYZ> color(cloud1.makeShared(), "y");
    viewer->addPointCloud(cloud1.makeShared(),color);
    viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,2);

    while(!viewer->wasStopped())
        viewer->spinOnce(100);

    return 0;
}

2.4 OBJ数据读写

（1）OBJ数据解析

mtllib cube.mtl
g default
v -0.500000 -0.500000 0.500000
v 0.500000 -0.500000 0.500000
v -0.500000 0.500000 0.500000
v 0.500000 0.500000 0.500000
v -0.500000 0.500000 -0.500000
v 0.500000 0.500000 -0.500000
v -0.500000 -0.500000 -0.500000
v 0.500000 -0.500000 -0.500000
vt 0.001992 0.001992
vt 0.998008 0.001992
vt 0.001992 0.998008
vt 0.998008 0.998008
...

mtllib：代表材质库，通常指向到某个mtl文件

• v(vertices):几何形状的顶点，因为物体是由面构成的，而面是由线构成的，线由点构成的，所以无论是何形状，都必须要有几何顶点；一些应用支持顶点颜色，通过在x y z后面跟上red, green, blue值来表示。颜色值的范围为0到1.0。
• vt(vertex texture)：顶点纹理，代表当前顶点对应纹理图的哪个像素，通常是0-1，如果大于1，就相当于将纹理重新扩充然后取值，比如镜像填充、翻转填充之类的，然后根据纹理图的宽高去计算具体像素位置
• vn(vertex normal)：顶点法线，物理里面有说过眼睛看到物体是因为光线经过物体表面反射到眼睛，所以这个法线就是通过入射光线计算反射光线使用的法线。
• f(face)：大部分几何体都包括面，除非是像头发丝那一类模型只包含一根根头发的顶点，而且大部分模型的头发也用的面片的方法渲染的。

        其他参考：

（2）OBJ文件读写示例

cmake_minimum_required(VERSION 2.6)
project(obj)
 
find_package(PCL 1.10 REQUIRED)
 
include_directories(${PCL_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${PCL_LIBRARY_DIRS})
add_definitions(${PCL_DEFINITIONS})
 
add_executable(obj obj.cpp)
 
target_link_libraries (obj ${PCL_LIBRARIES})
 
install(TARGETS obj RUNTIME DESTINATION bin)

#include <iostream>

#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/io/obj_io.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>

using namespace std;

int main()
{
    pcl::PolygonMesh mesh;
    pcl::PCLPointCloud2 cloud;
    pcl::TextureMesh tmesh;

#if 0
    pcl::io::loadOBJFile("../obj.obj",cloud);
    pcl::io::loadOBJFile("../obj.obj",mesh);
    pcl::io::loadOBJFile("../obj.obj",tmesh);
#else
    pcl::OBJReader objreader;
    objreader.read("../obj.obj",cloud);
    objreader.read("../obj.obj",mesh);
    objreader.read("../obj.obj",tmesh);
#endif

    pcl::io::saveOBJFile("../saveobj.obj",mesh);

    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloudxyz;
    pcl::fromPCLPointCloud2<pcl::PointXYZ>(cloud,cloudxyz);

    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer);
    viewer->setWindowName("OBJFile");

    pcl::visualization::PointCloudColorHandlerGenericField<pcl::PointXYZ> color(cloudxyz.makeShared(), "z");
    viewer->addPointCloud(cloudxyz.makeShared(),color);
    viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,2);
    viewer->addPolygonMesh(mesh);

    while(!viewer->wasStopped())
        viewer->spinOnce(100);

    return 0;
}

2.5 VTK数据读写

（1）VTK数据解析

# vtk DataFile Version 2.0
vtk output
ASCII
DATASET POLYDATA
POINTS 2312 float
0.263107 0 0.425176 0.33131 0 0.374478 0.3942 0 0.312962 
0.43731 0 0.242405 0.472045 0 0.1845 0.493143 0 0.0825238 

• 第一行是说明vtk文件的version（这是legacy 版本，此外还有较新的xml版本）
• 第二行是文件描述，随便写什么
• 第三行是ASCII或者BINARY
• 第四行是说明数据类型，有STRUCTURED_POINTS，STRUCTURED_GRID，RECTILINEAR_GRID，POLYDATA
• 后面为数据，它分为三个部分：POINTS 点数据，CELSS 网格数据，CELL_TYPES网格类型
   

（2）VTK文件读写示例

cmake_minimum_required(VERSION 2.6)
project(vtkfile)
 
find_package(PCL 1.10 REQUIRED)
find_package(VTK REQUIRED)

include(${VTK_USE_FILE})
link_directories(${VTK_LIBRARY_DIRS})
 
include_directories(${PCL_INCLUDE_DIRS})
link_directories(${PCL_LIBRARY_DIRS})
add_definitions(${PCL_DEFINITIONS})

add_executable(vtkfile vtkfile.cpp)
 
target_link_libraries (vtkfile ${PCL_LIBRARIES} ${VTK_LIBRARIES})
target_link_libraries (vtkfile ${VTK_LIBRARIES})
 
install(TARGETS vtkfile RUNTIME DESTINATION bin)

#include <iostream>
#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/io/vtk_io.h>
#include <pcl/io/vtk_lib_io.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>
#include <pcl/io/obj_io.h>

using namespace std;

int main()
{
    pcl::PCLPointCloud2 cloud;
    pcl::PolygonMesh mesh,mesh1,mesh2;

#if 0
    pcl::io::loadPolygonFile("../vtk.vt",mesh);
#else
    pcl::io::loadPolygonFileVTK("../vtk.vtk",mesh);
    pcl::io::loadPolygonFileVTK("../vtk.vtk",mesh2);
#endif
    
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloudxyz;
    pcl::fromPCLPointCloud2<pcl::PointXYZ>(mesh.cloud,cloudxyz);

    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer);
    viewer->setWindowName("VTKFile");

    pcl::visualization::PointCloudColorHandlerGenericField<pcl::PointXYZ> color(cloudxyz.makeShared(),"y");
    viewer->addPointCloud(cloudxyz.makeShared(),color);
    viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,3);
    viewer->addPolygonMesh(mesh);

    while(!viewer->wasStopped())
        viewer->spinOnce(100);

    return 0;
}

2.6 保存为PNG

#include <iostream>
#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/io/png_io.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>

using namespace std;

int main()
{

    pcl::PCDReader reader;
    pcl::PCLPointCloud2 org;

    pcl::io::loadPCDFile("../cow.pcd",org);

    for(auto &f : org.fields)
        cout << f.name << endl;

    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud;
    pcl::fromPCLPointCloud2<pcl::PointXYZ>(org,cloud);

    pcl::io::savePNGFile("../savepng.png",cloud,"rgb");
    pcl::visualization::PointCloudColorHandlerGenericField<pcl::PointXYZ> color(cloud.makeShared(), "z");
    pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer);
    viewer->setWindowName("savePNG");
    viewer->addPointCloud(cloud.makeShared(),color);
    viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE,2);
    
    while(!viewer->wasStopped())
        viewer->spinOnce(100);

    return 0;
}}