Python如何用NumPy读取和保存点云数据

目录

• 前言
• loadtxt函数的用法
• 基本用法
• 指定每一列的数据类型
• 结合生成器使用
• tofile和fromfile函数

前言

最近在学习点云处理的时候用到了Modelnet40数据集，该数据集总共有40个类别，每个样本的点云数据存放在一个TXT文件中，每行的前3个数据代表一个点的xyz坐标。我需要把TXT文件中的每个点读取出来，然后用Open3D进行显示。怎么把数据从TXT文件中读取出来呢？NumPy提供了一个功能非常强大的函数loadtxt可以非常简单地实现这个功能。来看一下代码：

import open3d as o3d
import numpy as np

def main():
    points_data = np.loadtxt("airplane_0001.txt", delimiter=",", dtype=np.float32)
    pcd = o3d.geometry.PointCloud()
    pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(points_data[:, :3])
    o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

if __name__ == '__main__':
    main()

从上面的代码可以看到，只需要一行代码就可以把TXT文件中的点云数据读取进来了，接下来就可以调用Open3D的接口进行显示了。在介绍loadtxt函数的用法之前，

顺便看一下Open3D的显示效果：

loadtxt函数的用法

基本用法

在上面的例子中，由于TXT里面每一行的数据是用逗号分割的，所以在调用loadtxt函数的时候除了设置文件路径外，还需要设置参数delimiter=","。另外，该函数默认的数据类型为float64，如果是其他数据类型的话还需要设置dtype为对应类型。

points_data = np.loadtxt("airplane_0001.txt", delimiter=",") #没有指定数据类型
print('shape: ', points_data.shape)
print('data type: ', points_data.dtype)

结果：

shape:  (10000, 6)
data type:  float64

指定每一列的数据类型

假如我们有一个CSV文件：

x,y,z,label,id
-0.098790,-0.182300,0.163800,1,1
0.994600,0.074420,0.010250,0.2,2
0.189900,-0.292200,-0.926300,3,3
-0.989200,0.074610,-0.012350,4,4

该文件前面3列的数据类型是浮点型，后面2列的数据类型为整型，那么按照前面的方式设置dtype来读取就不合适了。不过没关系，loadtxt函数可以设置每一列数据的数据类型，只不过稍微复杂一点，来看一下代码：

data = np.loadtxt("test.txt", delimiter=",",
                      dtype={'names': ('x', 'y', 'z', 'label', 'id'), 
                            'formats': ('f4', 'f4', 'f4', 'i4', 'i4')},
                      skiprows=1)
print('data: ', data)
print('data type: ', data.dtype)

这段代码的重点是dtype={}里面的内容，'names'用来设置每一列数据的名称，'formats'则用来设置每一列数据的数据类型，其中'f4'表示float32，'i4'表示int32。另外，CSV文件中的第一行不是数据内容，可以设置参数skiprows=1跳过第一行的内容。

输出结果：

data:  [(-0.09879, -0.1823 ,  0.1638 , 1, 1) ( 0.9946 ,  0.07442,  0.01025, 0, 2)
 ( 0.1899 , -0.2922 , -0.9263 , 3, 3) (-0.9892 ,  0.07461, -0.01235, 4, 4)]
data type:  [('x', '<f4'), ('y', '<f4'), ('z', '<f4'), ('label', '<i4'), ('id', '<i4')]

可以看到，通过这样的方式设置dtype，读取的每一行数据变成了一个tuple类型。

结合生成器使用

从NumPy的文档中可以知道，loadtxt函数的第一个参数可以是文件对象、文件名或者生成器。传入生成器有什么用呢？我们来看几个例子。

处理多个分隔符

假如我们的文件内容是这样的，每一行数据有3个分隔符","，"/"和"-"：

9.87,1.82,1.63,1/11-1
9.94,7.44,1.02,1/11-2
1.89,2.92,9.26,1/11-3
0.98,7.46,1.23,1/11-4

这种情况下不能通过delimiter参数设置多个分隔符，这时候就可以通过生成器来进行处理：

def generate_lines(file_path, delimiters=[]):
    with open("test.txt") as f:
        for line in f:
            line = line.strip()
            for d in delimiters:
                line = line.replace(d, " ")
            yield line

delimiters = [",", "/", "-"]
generator = generate_lines("test.txt", delimiters)
data = np.loadtxt(generator)
print(data)

这段代码构建了一个生成器将文件中每一行的分隔符全部替换成loadtxt函数默认的空格分隔符，然后把生成器传入loadtxt函数，这样loadtxt函数就能成功解析文件中的数据了。

输出结果：

[[ 9.87  1.82  1.63  1.   11.    1.  ]
 [ 9.94  7.44  1.02  1.   11.    2.  ]
 [ 1.89  2.92  9.26  1.   11.    3.  ]
 [ 0.98  7.46  1.23  1.   11.    4.  ]]

读取指定的行

在某些情况下，我们需要读取指定几行的数据，那么也可以通过生成器来实现。还是上面的文件内容，我们通过生成器来读取第2行和第3行：

def generate_lines(file_path, delimiters=[], rows=[]):
    with open("test.txt") as f:
        for i, line in enumerate(f):
            line = line.strip()
            for d in delimiters:
                line = line.replace(d, " ")
            if i in rows:
                yield line

delimiters = [",", "/", "-"]
rows = [1, 2]
generator = generate_lines("test.txt", delimiters, rows)
data = np.loadtxt(generator)
print(data)

输出结果：

[[ 9.94  7.44  1.02  1.   11.    2.  ]
 [ 1.89  2.92  9.26  1.   11.    3.  ]]

通过上面的例子可以知道，loadtxt函数结合生成器使用可以实现很多的功能。

tofile和fromfile函数

从TXT文件中读取到点云数据后，我想把数据保存到二进制文件中，需要怎么操作呢？NumPy的ndarray类提供了tofile函数可以非常方便地将数据保存到二进制文件中。把数据以二进制文件保存后又怎么读进来呢？NumPy还提供了一个fromfile函数用于从文本文件和二进制文件中读取数据。

import open3d as o3d
import numpy as np

def main():
    points_data = np.loadtxt(
        "airplane_0001.txt", delimiter=",", dtype=np.float32)

    bin_file = 'airplane_0001.bin'
    points_data = points_data[:, :3]
    points_data.tofile(bin_file)

    pc = np.fromfile(bin_file, dtype=np.float32)
    pc = pc.reshape(-1, 3)
    pcd = o3d.geometry.PointCloud()
    pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(pc)
    o3d.visualization.draw_geometries([pcd])

if __name__ == '__main__':
    main()

在上面这段示例代码中，我从airplane_0001.txt文件中读取了点云数据，然后通过tofile函数将数据保存到二进制文件airplane_0001.bin中，再用fromfile函数从二进制文件中把点云数据读取出来用Open3D进行显示。

为了前后呼应，让我们换个角度再看一眼显示效果：

到此这篇关于Python如何用NumPy读取和保存点云数据的文章就介绍到这了,更多相关Python NumPy 内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！