Python如何用NumPy读取和保存点云数据

第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)

datatype: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)]

datatype:[(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：

[[9.871.821.631.11.1.]

[9.947.441.021.11.2.]

[1.892.929.261.11.3.]

[0.987.461.231.11.4.]]

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：

[[9.947.441.021.11.2.]

[1.892.929.261.11.3.]]

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.visualiza