使用现代 OpenGL 绘图时的点云失真

Question

我找到了使用 PyQt 和现代 OpenGL 绘制和旋转立方体的精彩教程。我的目标是通过执行以下操作来为点云调整脚本（另请参见下面的代码）：使用 Open3D 加载点云并将坐标和颜色提取为 numpy 数组从数组创建顶点缓冲区对象 (VBO)将绘图功能更改为gl.glDrawElements(gl.GL_POINTS, ...)不幸的是，点云非常扭曲和稀薄（见截图）。它实际上应该是一个有椅子和墙壁的房间。你看我是否在 VBO 或绘图上犯了错误？还是有更好的加载点云的方法？我用旧的固定管道（glBegin(GL_POINTS)... glEnd()）测试了这个例子，点云被正确绘制（但性能也很差！）。

Answer 1

经过长时间的搜索，我发现了这个stackoverflow-post。gl.glGenBuffers(1)我通过将点坐标和颜色一起存储在一个 vbo 对象 ( )中来调整我的代码以适应该答案。然后我用特定的步幅和偏移量定义顶点和颜色指针：

• gl.glVertexPointer(3, gl.GL_FLOAT, 6*4, None)

• 步幅= 24 字节：[x, y, z, r, g, b] * sizeof(float)

• gl.glColorPointer(3, gl.GL_FLOAT, 6*4, ctypes.c_void_p(3*4))

• offset= 12 bytes：rgb颜色从3个坐标x,y,z之后开始

最后我用来gl.glDrawArrays(gl.GL_POINTS, 0, noOfVertices)绘制点云。

完整代码如下（标有### NEW ###注释）：

from PyQt5 import QtCore      # core Qt functionality

from PyQt5 import QtGui       # extends QtCore with GUI functionality

from PyQt5 import QtOpenGL    # provides QGLWidget, a special OpenGL QWidget

from PyQt5 import QtWidgets

import OpenGL.GL as gl        # python wrapping of OpenGL

from OpenGL import GLU        # OpenGL Utility Library, extends OpenGL functionality

from OpenGL.arrays import vbo

import numpy as np

import open3d as o3d

import ctypes 

import sys                    # we'll need this later to run our Qt application

class MainWindow(QtWidgets.QMainWindow):

    def __init__(self):

        QtWidgets.QMainWindow.__init__(self)    # call the init for the parent class

        self.resize(300, 300)

        self.setWindowTitle('Hello OpenGL App')

        

        self.glWidget = GLWidget(self)

        self.initGUI()

        

        timer = QtCore.QTimer(self)

        timer.setInterval(20)   # period, in milliseconds

        timer.timeout.connect(self.glWidget.updateGL)

        timer.start()

        

    def initGUI(self):

        central_widget = QtWidgets.QWidget()

        gui_layout = QtWidgets.QVBoxLayout()

        central_widget.setLayout(gui_layout)

        self.setCentralWidget(central_widget)

        gui_layout.addWidget(self.glWidget)

        sliderX = QtWidgets.QSlider(QtCore.Qt.Horizontal)

        sliderX.valueChanged.connect(lambda val: self.glWidget.setRotX(val))

        sliderY = QtWidgets.QSlider(QtCore.Qt.Horizontal)

        sliderY.valueChanged.connect(lambda val: self.glWidget.setRotY(val))

        sliderZ = QtWidgets.QSlider(QtCore.Qt.Horizontal)

        sliderZ.valueChanged.connect(lambda val: self.glWidget.setRotZ(val))

        gui_layout.addWidget(sliderX)

        gui_layout.addWidget(sliderY)

        gui_layout.addWidget(sliderZ)

        

class GLWidget(QtOpenGL.QGLWidget):

    def __init__(self, parent=None):

        self.parent = parent

        QtOpenGL.QGLWidget.__init__(self, parent)

    def initializeGL(self):

        self.qglClearColor(QtGui.QColor(100, 100, 100))     # initialize the screen to blue

        gl.glEnable(gl.GL_DEPTH_TEST)                       # enable depth testing

        self.initGeometry()

        self.rotX = 0.0

        self.rotY = 0.0

        self.rotZ = 0.0

    def setRotX(self, val):

        self.rotX = val

    def setRotY(self, val):

        self.rotY = val

    def setRotZ(self, val):

        self.rotZ = val

        

    def resizeGL(self, width, height):

        gl.glViewport(0, 0, width, height)

        gl.glMatrixMode(gl.GL_PROJECTION)

        gl.glLoadIdentity()

        aspect = width / float(height)

        GLU.gluPerspective(45.0, aspect, 1.0, 100.0)

        gl.glMatrixMode(gl.GL_MODELVIEW)

        

    def paintGL(self):

        gl.glClear(gl.GL_COLOR_BUFFER_BIT | gl.GL_DEPTH_BUFFER_BIT)

        gl.glPushMatrix()    # push the current matrix to the current stack

        gl.glTranslate(0.0, 0.0, -3.0)    # third, translate cube to specified depth

        #gl.glScale(20.0, 20.0, 20.0)       # second, scale cube

        gl.glRotate(self.rotX, 1.0, 0.0, 0.0)

        gl.glRotate(self.rotY, 0.0, 1.0, 0.0)

        gl.glRotate(self.rotZ, 0.0, 0.0, 1.0)

        gl.glTranslate(-0.5, -0.5, -0.5)   # first, translate cube center to origin

        # Point size

        gl.glPointSize(3)

        

        ### NEW ###

        gl.glBindBuffer(gl.GL_ARRAY_BUFFER, self.vbo)

        stride = 6*4 # (24 bates) : [x, y, z, r, g, b] * sizeof(float)

        gl.glEnableClientState(gl.GL_VERTEX_ARRAY)

        gl.glVertexPointer(3, gl.GL_FLOAT, stride, None)

        gl.glEnableClientState(gl.GL_COLOR_ARRAY)

        offset = 3*4 # (12 bytes) : the rgb color starts after the 3 coordinates x, y, z 

        gl.glColorPointer(3, gl.GL_FLOAT, stride, ctypes.c_void_p(offset))

        

        noOfVertices = self.noPoints

        gl.glDrawArrays(gl.GL_POINTS, 0, noOfVertices)

        gl.glDisableClientState(gl.GL_VERTEX_ARRAY)

        gl.glDisableClientState(gl.GL_COLOR_ARRAY)

        gl.glBindBuffer(gl.GL_ARRAY_BUFFER, 0)

        ### NEW ###

        gl.glPopMatrix()    # restore the previous modelview matrix

        

    def initGeometry(self):

    

        vArray = self.LoadVertices()

        self.noPoints  = len(vArray) // 6

        print("No. of Points: %s" % self.noPoints)

        

        self.vbo = self.CreateBuffer(vArray)

        

    ### NEW ###

    def LoadVertices(self):

        

        pcd = o3d.io.read_point_cloud("../pointclouds/0004.ply")

        print(pcd)

        print("Pointcloud Center: " + str(pcd.get_center()))

    

        points = np.asarray(pcd.points).astype('float32')

        colors = np.asarray(pcd.colors).astype('float32')

        

        attributes = np.concatenate((points, colors),axis=1)

        print("Attributes shape: " + str(attributes.shape))

        

        return attributes.flatten()

    def CreateBuffer(self, attributes):

        bufferdata = (ctypes.c_float*len(attributes))(*attributes) # float buffer

        buffersize = len(attributes)*4                             # buffer size in bytes 

        vbo = gl.glGenBuffers(1)

        gl.glBindBuffer(gl.GL_ARRAY_BUFFER, vbo)

        gl.glBufferData(gl.GL_ARRAY_BUFFER, buffersize, bufferdata, gl.GL_STATIC_DRAW) 

        gl.glBindBuffer(gl.GL_ARRAY_BUFFER, 0)

        return vbo

        

    ### NEW ###

if __name__ == '__main__':

    app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)

    win = MainWindow()

    win.show()

    sys.exit(app.exec_())

但是，我仍然没有为上面的初始方法找到正确的参数，其中两个单独的 VBO 用于坐标和颜色。所以我很高兴收到进一步的评论。