PCL 渲染显示

PCL (Point Cloud Library) 提供了强大的点云渲染和可视化功能，主要通过 pcl::visualization 模块实现。

渲染类

类名	描述	头文件
pcl::visualization::PCLVisualizer	主要的可视化类，用于显示点云和其他3D数据
pcl::visualization::PointCloudColorHandler	点云颜色处理基类
pcl::visualization::PointCloudGeometryHandler	点云几何处理基类

PCLVisualizer 主要方法

方法	描述
addPointCloud()	添加点云到可视化窗口
setPointCloudRenderingProperties()	设置点云渲染属性
spinOnce()	单次刷新显示
spin()	进入显示循环
removePointCloud()	移除点云
addCoordinateSystem()	添加坐标系
addLine()	添加线段
addSphere()	添加球体
addText()	添加文本
addPolygon()	添加多边形
saveScreenshot()	保存屏幕截图

渲染属性常量

属性	描述
pcl::visualization::RenderingProperties::POINT_SIZE	点大小
pcl::visualization::RenderingProperties::OPACITY	不透明度
pcl::visualization::RenderingProperties::LINE_WIDTH	线宽
pcl::visualization::RenderingProperties::REPRESENTATION	表示方式(点/线/面)
pcl::visualization::RenderingProperties::IMMEDIATE_RENDERING	立即渲染标志

颜色处理器常用子类

类名	描述
PointCloudColorHandlerCustom	自定义颜色
PointCloudColorHandlerGenericField	根据字段值着色
PointCloudColorHandlerRGBField	使用RGB字段
PointCloudColorHandlerLabelField	根据标签字段着色

相机相关方法

方法	描述
setCameraPosition()	设置相机位置和视角
getCameraParameters()	获取当前相机参数
setCameraClipDistances()	设置剪裁平面距离
resetCamera()	重置相机到自动计算的最佳位置
resetCameraViewpoint()	重置相机到默认视角
saveCameraParameters()	保存相机参数到文件
loadCameraParameters()	从文件加载相机参数

光照设置与渲染

光照属性常量

属性	描述
pcl::visualization::RenderingProperties::AMBIENT	环境光强度
pcl::visualization::RenderingProperties::DIFFUSE	漫反射强度
pcl::visualization::RenderingProperties::SPECULAR	镜面反射强度
pcl::visualization::RenderingProperties::SHADING	着色模式

光照相关方法 

方法	描述
setLightingProperties()	设置光照属性
setLightPosition()	设置光源位置
setShapeRenderingProperties()	设置形状的光照属性
setRepresentationToSurface()	将表示方式设置为表面(启用光照)

基本使用示例

cpp

#include 

// 创建可视化对象
pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));

// 添加点云
viewer->addPointCloud(cloud, "sample cloud");

// 设置渲染属性
viewer->setPointCloudRenderingProperties(
    pcl::visualization::RenderingProperties::POINT_SIZE, 
    3, 
    "sample cloud");

// 添加坐标系
viewer->addCoordinateSystem(1.0);

// 进入显示循环
while (!viewer->wasStopped()) {
    viewer->spinOnce(100);
}

 完整示例

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    // 创建一个点云对象
    pcl::PointCloud::Ptr cloud(new pcl::PointCloud);

    // 生成简单的点云数据（一个平面上的点）
    cloud->width = 100;  // 点云宽度（点数）
    cloud->height = 1;   // 无序点云设为1
    cloud->points.resize(cloud->width * cloud->height);

    // 填充点云数据 - 创建一个简单的平面
    for (size_t i = 0; i < cloud->points.size(); ++i)
    {
        cloud->points[i].x = 0.1f * (i % 10);
        cloud->points[i].y = 0.1f * (i / 10);
        cloud->points[i].z = 0.5f;
    }

    // 可选：保存点云到文件
    pcl::io::savePCDFileASCII("test_pcd.pcd", *cloud);
    std::cerr << "Saved " << cloud->points.size() << " data points to test_pcd.pcd." << std::endl;

    // 打印前5个点
    for (size_t i = 0; i < 5; ++i)
        std::cerr << "    " << cloud->points[i].x << " " 
                  << cloud->points[i].y << " " 
                  << cloud->points[i].z << std::endl;

    // 创建可视化对象并显示
    pcl::visualization::CloudViewer viewer("Simple Cloud Viewer");
    viewer.showCloud(cloud);

    // 保持可视化窗口打开
    while (!viewer.wasStopped())
    {
        // 可以在这里添加其他处理代码（例如：更新点云、处理键盘事件等）
    //比如：动态更新点云
    static int counter = 0;
    if (counter++ % 100 == 0)
    {
        for (auto& point : cloud->points)
        {
            point.z += 0.01f;  // 所有点上移
        }
        viewer.showCloud(cloud);  // 更新显示
    }
    
    // 短暂休眠以避免占用太多CPU
    boost::this_thread::sleep(boost::posix_time::microseconds(10000));
    }

    return 0;
}

高级渲染特性

1. 多视口渲染：

   cpp

   // 创建多视口可视化
   pcl::visualization::PCLVisualizer viewer("Multi-viewport");
   
   // 设置视口布局
   int v1(0), v2(1);
   viewer.createViewPort(0.0, 0.0, 0.5, 1.0, v1);
   viewer.createViewPort(0.5, 0.0, 1.0, 1.0, v2);
   
   // 在不同视口中添加不同点云
   viewer.addPointCloud(cloud1, "cloud1", v1);
   viewer.addPointCloud(cloud2, "cloud2", v2);
   
   // 设置不同视口的背景色
   viewer.setBackgroundColor(0, 0, 0, v1);
   viewer.setBackgroundColor(0.5, 0.5, 0.5, v2);

2. 自定义着色：

   pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom color_handler(cloud, 255, 0, 0);
   viewer->addPointCloud(cloud, color_handler, "colored cloud");

3. 相机参数设置：

   #include 
   
   int main() {
       pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
       
       // 添加点云
       viewer->addPointCloud(cloud, "sample cloud");
       
       // 设置相机位置和视角
       viewer->setCameraPosition(0.0, 0.0, -3.0,  // 相机位置(x,y,z)
                                0.0, 0.0, 1.0,    // 相机看向的点
                                0.0, -1.0, 0.0);  // 相机的"上"方向
       
       // 设置剪裁平面(近平面和远平面)
       viewer->setCameraClipDistances(0.1, 10.0);
       
       // 获取当前相机参数
       pcl::visualization::Camera camera;
       viewer->getCameraParameters(camera);
       
       std::cout << "Camera position: " 
                 << camera.pos[0] << ", " << camera.pos[1] << ", " << camera.pos[2] << std::endl;
       
       while (!viewer->wasStopped()) {
           viewer->spinOnce(100);
       }
       return 0;
   }

   // 保存相机参数到文件
   viewer->saveCameraParameters("camera_params.cam");
   // 从文件加载相机参数
   viewer->loadCameraParameters("camera_params.cam");
   
   
   //多视口相机控制
   // 创建两个视口
   int vp1, vp2;
   viewer->createViewPort(0.0, 0.0, 0.5, 1.0, vp1);
   viewer->createViewPort(0.5, 0.0, 1.0, 1.0, vp2);
   
   // 为不同视口设置不同相机
   viewer->setCameraPosition(0,0,-5, 0,0,1, 0,-1,0, vp1);  // 正面视角
   viewer->setCameraPosition(-5,0,0, 0,0,0, 0,-1,0, vp2);  // 侧面视角
   
   
   //交互式相机控制
   // 注册键盘回调函数
   void keyboardEventOccurred(const pcl::visualization::KeyboardEvent &event, void* viewer_void) {
       if (event.getKeySym() == "r" && event.keyDown()) {
           std::cout << "r was pressed => reset camera" << std::endl;
           viewer->resetCamera();
       }
   }
   
   // 主函数中注册回调
   viewer->registerKeyboardCallback(keyboardEventOccurred, (void*)&viewer);

4. 光照

   #include 
   
   // 创建可视化对象
   pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
   
   // 添加点云
   viewer->addPointCloud(cloud, "sample cloud");
   
   // 启用光照效果
   viewer->setShapeRenderingProperties(pcl::visualization::RenderingProperties::SHADING, 
                                     pcl::visualization::RenderingProperties::PHONG, 
                                     "sample cloud");
   
   // 设置光源位置 (x, y, z, w)
   viewer->setLightPosition(1.0, 1.0, 1.0, 0.0);
   
   // 设置光照属性
   viewer->setLightingProperties(0.3,  // 环境光强度
                                0.7,  // 漫反射强度
                                0.2,  // 镜面反射强度
                                50.0); // 镜面反射高光指数
   
   // 进入显示循环
   while (!viewer->wasStopped()) {
       viewer->spinOnce(100);
   }

   //多光源设置
   // 添加多个光源
   viewer->addLight(1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, "light1");
   viewer->addLight(-1.0, -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, "light2");
   
   
   //材质属性设置
   // 设置球体的材质属性
   viewer->addSphere(pcl::PointXYZ(0,0,0), 0.1, "sphere");
   viewer->setShapeRenderingProperties(pcl::visualization::RenderingProperties::AMBIENT, 
                                     0.5, "sphere");
   viewer->setShapeRenderingProperties(pcl::visualization::RenderingProperties::DIFFUSE, 
                                     0.7, "sphere");
   
   //着色模式选择
   // 设置不同的着色模式
   viewer->setShapeRenderingProperties(pcl::visualization::RenderingProperties::SHADING, 
                                     pcl::visualization::RenderingProperties::FLAT, 
                                     "object");
   // 或
   viewer->setShapeRenderingProperties(pcl::visualization::RenderingProperties::SHADING, 
                                     pcl::visualization::RenderingProperties::GOURAUD, 
                                     "object");
   // 或
   viewer->setShapeRenderingProperties(pcl::visualization::RenderingProperties::SHADING, 
                                     pcl::visualization::RenderingProperties::PHONG, 
                                     "object");

5. 显示法线

   // 计算点云法线
   pcl::PointCloud::Ptr normals(new pcl::PointCloud);
   // ... 计算法线 ...
   
   // 添加法线到可视化
   viewer.addPointCloudNormals(cloud, normals, 10, 0.05, "normals");

6. 颜色点云显示

   // 1. 使用自定义颜色
   pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom 
       single_color(cloud, 0, 255, 0);  // RGB绿色
   
   // 2. 根据Z值着色
   pcl::visualization::PointCloudColorHandlerGenericField 
       z_color(cloud, "z");  // 使用z字段值
   
   // 3. 使用RGB字段
   pcl::visualization::PointCloudColorHandlerRGBField 
       rgb_color(cloud);
   
   // 添加带颜色处理的点云
   viewer->addPointCloud(cloud, rgb_color, "colored_cloud");

7. 几何元素叠加

   // 添加坐标系 (尺寸, ID, 视口)
   viewer->addCoordinateSystem(1.0, "global", 0);
   
   // 添加线段 (点1, 点2, R,G,B, ID, 视口)
   viewer->addLine(p1, p2, 1.0, 0.0, 0.0, "line1");
   
   // 添加球体 (中心, 半径, R,G,B, ID, 视口)
   viewer->addSphere(center, 0.1, 0.5, 0.5, 0.0, "sphere1");
   
   // 添加文本 (内容, x,y, 字体大小, R,G,B, ID, 视口)
   viewer->addText("Sample Text", 10, 10, 16, 1.0, 1.0, 1.0, "text1");

8. 交互控制

   // 键盘回调函数
   void keyboardEventOccurred(const pcl::visualization::KeyboardEvent &event, void* viewer_void) {
       if (event.getKeySym() == "s" && event.keyDown()) {
           std::cout << "s pressed - saving screenshot" << std::endl;
           viewer->saveScreenshot("screenshot.png");
       }
   }
   
   // 鼠标回调函数
   void mouseEventOccurred(const pcl::visualization::MouseEvent &event, void* viewer_void) {
       if (event.getType() == pcl::visualization::MouseEvent::MouseButtonPress && 
           event.getButton() == pcl::visualization::MouseEvent::LeftButton) {
           std::cout << "Left mouse button pressed at (" << event.getX() << ", " << event.getY() << ")" << std::endl;
       }
   }
   
   
    // 创建可视化对象
       pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewer(
           new pcl::visualization::PCLVisualizer("3D Viewer"));
       
       // 设置背景色 (默认为黑色)
       viewer->setBackgroundColor(0.05, 0.05, 0.05);
       
       // 添加点云
       viewer->addPointCloud(cloud, "sample cloud");
       
       // 设置点云渲染属性
       viewer->setPointCloudRenderingProperties(
           pcl::visualization::RenderingProperties::POINT_SIZE, 
           2, 
           "sample cloud");
   
   // 注册回调
   viewer->registerKeyboardCallback(keyboardEventOccurred);
   viewer->registerMouseCallback(mouseEventOccurred);
       
       // 进入渲染循环
       while (!viewer->wasStopped()) {
           viewer->spinOnce(100);
           std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(100));
       }