Qt+PCL手把手教材（第9讲）——PCL点云库支持的点云格式（PCD、PLY、OBJ）以及读取详解
PCL（Point Cloud Library）是一个广泛使用的开源库，用于处理 3D 点云数据。它支持多种点云格式的读写，包括 PCD、PLY 和 OBJ 格式等。每种格式都有其特点和应用场景。下面是对 PCL点云库 支持的常见点云格式的详细介绍。
1. PCD (Point Cloud Data)
PCD（Point Cloud Data）是 PCL 自定义的专用格式，是 PCL 中最常用的点云文件格式。它设计上非常适合存储 3D 点云数据，支持多种数据类型，并可以根据需要扩展。
特点：
- 二进制与文本：PCD 文件可以是文本格式或二进制格式，文本格式适合人类阅读和编辑，二进制格式则更加紧凑和高效，适合存储大量数据。
- 灵活的结构：PCD 格式支持存储不同维度的点云数据，包括 X、Y、Z 坐标、颜色信息、法线、强度、表面法线等。
- 扩展性：PCL 可以通过添加额外的字段来支持新的数据类型或其他信息。
示例（文本格式）：
# .PCD v0.7 - Point Cloud Data file format
VERSION 0.7
FIELDS x y z rgb
SIZE 4 4 4 4
TYPE F F F F
COUNT 1 1 1 1
WIDTH 3
HEIGHT 1
POINTS 3
DATA ascii
1.0 2.0 3.0 255
4.0 5.0 6.0 16711680
7.0 8.0 9.0 65280
这个示例表示一个包含 3 个点的点云，每个点有 X、Y、Z 坐标和 RGB 颜色信息。
应用场景：
- PCL 专用：PCD 格式主要用于 PCL 内部点云数据的存储和交换。
- 数据导出和交换：通过 PCD 格式，用户可以将点云数据从一个 PCL 应用程序导出，并在其他支持 PCD 格式的应用中使用。
2. PLY (Polygon File Format)
PLY（Polygon File Format）是一种常用于 3D 数据的文件格式，广泛应用于计算机图形学和计算机视觉领域。PCL 支持读取和写入 PLY 格式。PLY 文件通常用于存储 3D 网格、点云数据、三角形网格等信息。
特点：
- 文本与二进制：PLY 文件支持文本和二进制两种存储方式。文本格式适合查看和编辑，二进制格式更节省空间且适合处理大规模数据。
- 多种属性：除了点的坐标外，PLY 格式还支持存储颜色、法线、表面纹理坐标、面片信息等。
- 三维网格支持：PLY 格式常用于存储点云数据以及三维网格（例如三角面片数据）。
示例（文本格式）：
ply
format ascii 1.0
element vertex 3
property float x
property float y
property float z
property uchar red
property uchar green
property uchar blue
element face 1
property list uchar int vertex_indices
end_header
1.0 2.0 3.0 255 0 0
4.0 5.0 6.0 0 255 0
7.0 8.0 9.0 0 0 255
3 0 1 2
这个示例表示一个点云，包含了三个点，每个点有 X、Y、Z 坐标以及 RGB 颜色信息，同时还存储了一个面片（三角形）。
应用场景：
- 三维模型交换：PLY 格式广泛应用于三维模型和网格数据交换，特别是面向科研和计算机图形学的领域。
- 扫描仪输出：很多 3D 扫描仪和计算机视觉系统使用 PLY 格式来存储点云数据。
3. OBJ (Wavefront Object)
OBJ 是一种常见的三维几何对象文件格式，广泛应用于 3D 模型和网格交换。虽然 OBJ 格式最初设计用于存储三维模型，但它也可以存储点云数据，尤其是在包含大量顶点和面片的数据时。
特点：
- 文本格式：OBJ 是纯文本格式，容易查看和编辑。
- 顶点与面片：OBJ 格式通常存储顶点、法线、纹理坐标和面片信息。尽管它主要用于网格数据，但也可以用于点云。
- 不支持颜色信息：标准的 OBJ 格式并不直接支持颜色信息，但是可以通过附加的 MTL 文件来指定材质和颜色属性。
示例（文本格式）：
# OBJ file for point cloud data
v 1.0 2.0 3.0
v 4.0 5.0 6.0
v 7.0 8.0 9.0
该示例包含 3 个顶点，每个顶点表示一个点云的坐标。
应用场景：
- 三维模型交换：OBJ 格式广泛用于 3D 打印、计算机图形和游戏开发。
- 模型与点云结合：虽然 OBJ 文件更常用于存储网格数据，但也可以用作点云数据的交换格式，特别是在与网格数据结合的情况下。
4、PCL 支持的其他点云格式
除了 PCD、PLY 和 OBJ，PCL 还支持其他一些常见的点云数据格式：
- LAS (LiDAR Data Format)：用于存储 LiDAR 数据，PCL 提供了对 LAS 格式的读取支持。
- XYZ：一种简单的点云格式，通常包含三个浮动数值：X、Y 和 Z 坐标。
- STL：主要用于三维模型交换，也可用于存储网格数据（由三角形面片组成的网格）。
5、总结
PCL 支持多种点云数据格式，常见的包括：
- PCD：PCL 专用格式，最适合存储点云数据，支持文本与二进制格式，灵活且高效。
- PLY：支持点云与网格数据的存储，广泛用于计算机图形学与三维模型交换。
- OBJ：常用于三维模型交换，尽管它主要用于网格数据，但也可以存储点云数据。
选择何种格式取决于应用需求，PCD 格式适用于 PCL 内部操作，PLY 和 OBJ 格式则适用于与其他 3D 应用程序交换数据时使用。
6、PCL点云库读取和保存PCD和PLY文件
在 PCL (Point Cloud Library) 中，读取 PCD 和 PLY 文件非常简单。PCL 提供了现成的读取接口，用于读取这两种格式的点云文件。下面是如何使用 PCL 读取 PCD 和 PLY 文件的详细示例。
1. 读取 PCD 文件
PCD 文件是 PCL 的标准点云数据格式，PCL 提供了 pcl::io::loadPCDFile 函数来读取 PCD 文件。
示例代码：
#include " << std::endl;
return -1;
}
// 创建一个点云对象
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud;
// 加载 PCD 文件
if (pcl::io::loadPCDFile<pcl::PointXYZ>(argv[1], cloud) == -1)
{
PCL_ERROR("Couldn't read the PCD file\n");
return -1;
}
// 输出点云信息
std::cout << "Loaded PCD file with " << cloud.width * cloud.height
<< " data points." << std::endl;
// 输出点云的前几个点
for (size_t i = 0; i < cloud.points.size(); ++i)
{
std::cout << "Point " << i << ": ("
<< cloud.points[i].x << ", "
<< cloud.points[i].y << ", "
<< cloud.points[i].z << ")" << std::endl;
}
return 0;
}
代码解析：
pcl::PointCloud：创建一个点云对象，pcl::PointXYZ是表示每个点的结构体，包含 x、y、z 坐标。pcl::io::loadPCDFile：加载 PCD 文件。该函数会将文件中的点云数据读取到cloud对象中。如果读取失败，会返回 -1。cloud.points.size()：点云包含的点数。- 输出每个点的坐标。
2. 读取 PLY 文件
PCL 同样提供了 pcl::io::loadPLYFile 函数来读取 PLY 文件。读取过程与 PCD 文件非常相似。
示例代码：
#include " << std::endl;
return -1;
}
// 创建一个点云对象
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ> cloud;
// 加载 PLY 文件
if (pcl::io::loadPLYFile<pcl::PointXYZ>(argv[1], cloud) == -1)
{
PCL_ERROR("Couldn't read the PLY file\n");
return -1;
}
// 输出点云信息
std::cout << "Loaded PLY file with " << cloud.width * cloud.height
<< " data points." << std::endl;
// 输出点云的前几个点
for (size_t i = 0; i < cloud.points.size(); ++i)
{
std::cout << "Point " << i << ": ("
<< cloud.points[i].x << ", "
<< cloud.points[i].y << ", "
<< cloud.points[i].z << ")" << std::endl;
}
return 0;
}
代码解析：
pcl::PointCloud：创建一个点云对象。pcl::io::loadPLYFile：读取 PLY 文件并将数据存储到cloud中。cloud.points.size()：获取点云中的点数量。- 输出每个点的坐标。
3. 支持的点类型
在 PCL 中，点云数据结构 pcl::PointCloud 是模板化的，可以包含不同的点类型，如：
pcl::PointXYZ：表示每个点只有 3 个浮动值（x、y、z）。pcl::PointXYZRGB：除了 x、y、z 外，还包含 RGB 颜色信息。pcl::PointNormal：除了 x、y、z 坐标，还包含法线信息（normals）。
如果点云文件包含了颜色、法线等附加信息，你可以将模板参数从 pcl::PointXYZ 更改为如 pcl::PointXYZRGB 或 pcl::PointNormal 来读取这些额外的字段。
示例：读取带 RGB 信息的 PLY 文件
#include " << std::endl;
return -1;
}
// 创建一个包含 RGB 信息的点云对象
pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB> cloud;
// 加载 PLY 文件
if (pcl::io::loadPLYFile<pcl::PointXYZRGB>(argv[1], cloud) == -1)
{
PCL_ERROR("Couldn't read the PLY file\n");
return -1;
}
// 输出点云信息
std::cout << "Loaded PLY file with " << cloud.width * cloud.height
<< " data points." << std::endl;
// 输出点云的前几个点
for (size_t i = 0; i < cloud.points.size(); ++i)
{
std::cout << "Point " << i << ": ("
<< cloud.points[i].x << ", "
<< cloud.points[i].y << ", "
<< cloud.points[i].z << "), "
<< "RGB: (" << (int)cloud.points[i].r << ", "
<< (int)cloud.points[i].g << ", "
<< (int)cloud.points[i].b << ")" << std::endl;
}
return 0;
}
代码解析：
- 使用
pcl::PointXYZRGB类型，这样可以读取点的 RGB 颜色信息。 - 每个点除了坐标 (x, y, z) 外，还包括颜色 (r, g, b)。
4. 总结
在 PCL 中，读取 PCD 和 PLY 文件非常简单。通过 pcl::io::loadPCDFile 和 pcl::io::loadPLYFile 函数，可以方便地将点云数据从文件加载到 pcl::PointCloud 对象中。你可以根据点云文件的格式和内容（如 RGB、法线等）选择合适的点类型（如 pcl::PointXYZ、pcl::PointXYZRGB 等）。
- 对于 PCD 文件，使用
pcl::io::loadPCDFile来读取。 - 对于 PLY 文件，使用
pcl::io::loadPLYFile来读取。
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