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CGAL 点云上采样

article 2025/1/14 0:50:27

一、算法原理

该方法对点集进行逐步上采样，同时根据法向量信息来检测边缘点，需要输入点云具有法线信息。在点云空洞填充和稀疏表面重建中具有较好的应用。

1、主要函数

头文件

#include <CGAL/edge_aware_upsample_point_set.h> // 上采样

函数

OutputIterator CGAL::edge_aware_upsample_point_set  ( const PointRange &  points,  
  OutputIterator  output,  
  const NamedParameters &  np = parameters::default_values()  
 )

这种方法逐步向上采样点集，同时接近边缘奇点(通过法线变化检测)，这从输入点集产生一个更密集的点集。这在基于点的渲染、孔填充和稀疏表面重建中有应用。点的法线需要作为输入。

sharpness_angle(s_angle)：控制输出结果的平滑度，值越大越平滑，取值范围[0,90]。
edge_sensitivity(edge_s)：边缘的敏感性取值范围[0,1]，边缘敏感度越大，在尖锐边缘处插入点的有限度越高
neighbor_radius(n_radius) ：邻域点的个数，如果提供，查询点的邻域是用一个固定的球面计算的半径，而不是固定数量的邻居。在这种情况下，参数k用于限制每个球邻域返回点的数量(避免高密度区域的点过多)
number_of_output_points(n_out)) 上采样后的点数

2、参数解析

edge_sensitivity
此参数控制新点插入的位置。边缘敏感值越大，沿尖锐特征插入点的优先级越高。如下图所示，想要在尖锐的特征上插入更多的点时，高值是可取的，这些地方的局部梯度很高，如尖点、折痕和角等。相反，当edge_sensitivity设置为0时，点是均匀插入的。取值范围为[0,1]。
在这里插入图片描述
sharpness_angle
这个参数控制尖锐特征的平滑程度。

neighbor_radius
通常，采样点的邻域至少应该包括一个相邻采样点环。使用小的邻域可能无法插入新的点。使用大的邻域可以填补小的洞，但插入边缘的点可能是不规则的。如果该参数值设置为默认值或小于零，函数将使用邻域点的密度进行估计。
在这里插入图片描述

二、代码实现

#include <vector>
#include <fstream>
#include <CGAL/Simple_cartesian.h>
#include <CGAL/IO/read_points.h>
#include <CGAL/IO/write_points.h>
#include <CGAL/edge_aware_upsample_point_set.h> // 上采样
// types
typedef CGAL::Simple_cartesian<double> Kernel;
// 用于存储点坐标和法向量的pair容器
typedef std::pair<Kernel::Point_3, Kernel::Vector_3> PointVectorPair;

int main(int argc, char* argv[])
{
	const std::string input_filename = CGAL::data_file_path("cgal//before_upsample.xyz");
	const char* output_filename("cgal//after_upsample.xyz");

	// -----------------------读取包含点坐标和法向量的.xyz点云-------------------
	std::vector<PointVectorPair> points;
	if (!CGAL::IO::read_points(input_filename,std::back_inserter(points),
		CGAL::parameters::point_map(CGAL::First_of_pair_property_map<PointVectorPair>())
		.normal_map(CGAL::Second_of_pair_property_map<PointVectorPair>())))
	{
		std::cerr << "Error: cannot read file " << input_filename << std::endl;
		return -1;
	}

	// ---------------------------------参数设置---------------------------------
	const double s_angle = 25;                   // 平滑度，值越大越平滑，取值范围[0,90]
	const double edge_s = 0;                     // 边缘的敏感性取值范围[0,1]
	const double n_radius = 0.25;                // 邻域点搜索半径
	const std::size_t n_out = points.size() * 10; // 上采样后的点数
	// ----------------------------------上采样----------------------------------
	CGAL::edge_aware_upsample_point_set<CGAL::Parallel_if_available_tag>(points,std::back_inserter(points),
		CGAL::parameters::point_map(CGAL::First_of_pair_property_map<PointVectorPair>()).
		normal_map(CGAL::Second_of_pair_property_map<PointVectorPair>()).
		sharpness_angle(s_angle).        // 控制输出结果的平滑度，值越大越平滑，取值范围[0,90]。
		edge_sensitivity(edge_s).        // 边缘的敏感性取值范围[0,1]，边缘敏感度越大，在尖锐边缘处插入点的有限度越高
		neighbor_radius(n_radius).       // 邻域点的个数，如果提供，查询点的邻域是用一个固定的球面计算的半径
		                                 // 而不是固定数量的邻居。在这种情况下，参数k用于限制每个球邻域返回点的数量(避免高密度区域的点过多)
		number_of_output_points(n_out)); // 上采样后的点数
	std::cout << "上采样完毕！！！" << std::endl;
	// ----------------------------------保存结果--------------------------------
	if (!CGAL::IO::write_points(output_filename, points,
		CGAL::parameters::point_map(CGAL::First_of_pair_property_map<PointVectorPair>())
		.normal_map(CGAL::Second_of_pair_property_map<PointVectorPair>())
		.stream_precision(6)))
	{
		std::cerr << "保存失败！！！" << std::endl;
		return -1;
	}	

	return 0;
}