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【点云surface】Poisson表面重建

news 来源：原创 2025/5/13 18:48:02

1 介绍

Poisson表面重建算法是一种用于从点云数据生成平滑曲面模型的算法。它基于Michael Kazhdan等人在2006年发表的论文《Poisson surface reconstruction》。该算法通过将点云数据转换为体素表示，并利用Poisson方程来重建曲面。

该算法的基本原理是将点云数据转换为体素表示，然后通过求解Poisson方程来重建曲面。Poisson方程是一个偏微分方程，它描述了一个函数的Laplace算子（二阶导数）与该函数的散度之间的关系。通过求解Poisson方程，可以得到一个平滑的曲面模型，该模型与原始点云数据尽可能匹配。

在PCL（点云库）中，Poisson表面重建算法有以下一些参数可以调整：

setDepth：体素深度。该参数定义了体素表示的深度级别，影响生成的体素分辨率和曲面细节。较高的深度级别会导致更高的分辨率和更准确的曲面重建，但也会增加计算时间和内存消耗。

setscale：体素缩放因子。该参数定义了体素表示的缩放比例，影响生成的体素分辨率和曲面细节。较小的缩放因子会导致更高的分辨率和更准确的曲面重建，但也会增加计算时间和内存消耗。

setSolverDivide：求解器分割数。该参数定义了求解器在求解Poisson方程时的分割数。较大的分割数可以提高求解的准确性和稳定性，但也会增加计算时间和内存消耗。

setIsoDivide：等值面分割数。该参数定义了生成等值面的分割数。较大的分割数可以提高等值面的平滑度和细节，但也会增加计算时间和内存消耗。

setConfidence：置信度。该参数定义了曲面重建中点云数据的置信度。较高的置信度会使算法更加关注点云数据，而较低的置信度会使算法更加关注平滑曲面的生成。

setOutputPolygons：输出多边形。该参数定义了是否输出多边形表示的曲面模型。如果设置为true，则算法将输出多边形表示的曲面模型；如果设置为false，则算法将输出三角网格表示的曲面模型。

一般使用默认参数即可

2 效果

3 代码

#include <pcl/point_cloud.h>
#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/search/kdtree.h>
#include <pcl/features/normal_3d.h>

#include <pcl/surface/poisson.h>
#include <pcl/visualization/pcl_visualizer.h>


int main()
{
    pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);
    pcl::PCLPointCloud2 cloud2;
    pcl::io::loadPCDFile("/home/lrj/work/pointCloudData/bun0.pcd",cloud2);
    pcl::fromPCLPointCloud2(cloud2,*cloud);


    // 估计点云的法向量
    pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>::Ptr tree(new pcl::search::KdTree<pcl::PointXYZ>);
    tree->setInputCloud(cloud);
    pcl::NormalEstimation<pcl::PointXYZ, pcl::Normal> ne;
    ne.setInputCloud(cloud);
    ne.setSearchMethod(tree);
    ne.setKSearch(20);//最近邻搜索参数
    pcl::PointCloud<pcl::Normal>::Ptr normals(new pcl::PointCloud<pcl::Normal>);
    ne.compute(*normals);

    // 将法线添加到点云数据集中
    pcl::PointCloud<pcl::PointNormal>::Ptr cloudWithNormals(new pcl::PointCloud<pcl::PointNormal>);
    pcl::concatenateFields(*cloud, *normals, *cloudWithNormals);

    // 创建Poisson重建对象
    pcl::Poisson<pcl::PointNormal> poisson;
    poisson.setInputCloud(cloudWithNormals);

    // 执行Poisson重建
    pcl::PolygonMesh mesh;
    poisson.reconstruct(mesh);


    boost::shared_ptr<pcl::visualization::PCLVisualizer> viewer(new pcl::visualization::PCLVisualizer("Smoothed Point Cloud Viewer"));
    viewer->setBackgroundColor(0.05, 0.05, 0.05,0);
    viewer->addPolygonMesh(mesh, "mesh"); // 将Poisson曲面的网格数据mesh添加到PCL的可视化工具
    viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_COLOR, 0.5, 0.5, 0.5, "mesh");//设置网格颜色为会灰色
    viewer->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_OPACITY, 0.8, "mesh");// 设置网格透明度为0.8，0为完全透明

    while(!viewer->wasStopped())
    {
        viewer->spinOnce();
    }
}