PCL点云库入门——PCL库可视化之CloudViewer类简单点云信息显示

1、前言

        可视化（visualization）涉及运用计算机图形学和图像处理技术，将数据转换成图像并在屏幕上展示，同时支持交互式处理。在PCL库中，一系列强大的可视化工具可供使用，其中较为流行的包括CloudViewer和PCLVisualizer类。CloudViewer是一个用于点云数据的简易可视化工具，而PCLVisualizer类则提供了PCL中最全面的可视化功能。相较于CloudViewer，PCLVisualizer的操作更为复杂，但其功能也更为全面。本节和下节将逐步介绍这两种工具的使用方法，从基础到高级，内容将不断更新。

2、CloudViewer类可视化

        CloudViewer以其简洁直观的设计，成为点云数据可视化的理想选择，尤其适合初学者和需要快速查看点云数据的用户。使用时，只需将点云数据加载到CloudViewer中，即可立即在屏幕上看到数据的三维图像，从而快速了解数据的整体结构和分布。下面从CloudViewer类中的主要成员函数说明到示例应用对其进行讲解说明，供大家参考学习。

2.1、主要成员函数

         CloudViewer类在#include <pcl/visualization/cloud_viewer.h>中可找到，其的成员函数不多，可见其提供的可视化功能简单，从中可知 CloudViewer类只提供如下4中点云类型的显示。

 //只包含三维点（x,y,z,）和颜色（r,g,b）+透明度（a）信息的点云显示using ColorACloud = pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGBA>;//只包含三维点（x,y,z,）和颜色（r,g,b）信息的点云显示using ColorCloud = pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>;//只包含三维点（x,y,z,）和强度（I）信息的点云显示using GrayCloud = pcl::PointCloud<pcl::PointXYZI>;//只包含三维点（x,y,z）的点云显示using MonochromeCloud = pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>;

        主要的成员函数和变量如下表：

函数名	描述
CloudViewer (const std::string& window_name)	类构造函数，参数为可视化窗口的名称，如PCLVis
using VizCallable = std::function<void (pcl::visualization::PCLVisualizer&)>;	可视化回调函数定义
void showCloud (const ColorCloud::ConstPtr &cloud,  const std::string& cloudname = "cloud");	可视化化带有RGB颜色的点云数据，通过Cloudname控制显示那个点云，当有多个点云时
void showCloud (const ColorACloud::ConstPtr &cloud,  const std::string& cloudname = "cloud");	可视化化带有颜色+α通道的点云数据，通过Cloudname控制显示那个点云，当有多个点云时
void showCloud (const GrayCloud::ConstPtr &cloud,  const std::string& cloudname = "cloud");	可视化化带有强度信息的点云数据，通过Cloudname控制显示那个点云，当有多个点云时
void showCloud (const MonochromeCloud::ConstPtr &cloud,  const std::string& cloudname = "cloud");	可视化化没有RGB颜色的点云数据，通过Cloudname控制显示那个点云，当有多个点云时
bool  wasStopped  ( int  millis_to_wait  = 1);	判断UI界面是否退出，
void  runOnVisualizationThread  ( VizCallable  x ,  const  std :: string &  key  =  "callable" );	在渲染输出时每次都调用接口函数
void  runOnVisualizationThreadOnce  ( VizCallable  x );	在渲染输出执行一次调用接口函数
void  removeVisualizationCallable  ( const  std :: string &  key  =  "callable" );	响应清除可视化界面回调函数
inline  boost :: signals2 :: connection  registerKeyboardCallback  ( void  (* callback ) ( const  pcl :: visualization :: KeyboardEvent &,  void *),  void *  cookie  =  nullptr )	响应键盘事件回调函数
inline  boost :: signals2 :: connection  registerMouseCallback  ( void  (* callback ) ( const  pcl :: visualization :: MouseEvent &,  void *),  void *  cookie  =  nullptr )	响应鼠标事件回调函数
inline  boost :: signals2 :: connection  registerPointPickingCallback  ( void  (* callback ) ( const  pcl :: visualization :: PointPickingEvent &,  void *),  void *  cookie  =  nullptr )	响应单击选点事件回调函数

 2.2、主要函数示例

        1）、void runOnVisualizationThreadOnce (VizCallable x)，该函数在渲染输出时只执行一次调用，参数为回调函数。回调函数定义为如下:

// 回调函数，在主函数中只注册一次 ，设置可视化背景颜色，添加3D文字
void viewerOneOff(pcl::visualization::PCLVisualizer& viewer)
{viewer.setBackgroundColor(0.0, 0.40784, 0.5451); //设置背景颜色pcl::PointXYZ pose;                          //添加属性的位置pose.x = 10.0;pose.y = 0;pose.z = 0;//添加PCL LOGO 3D 文字//参数分别为：3D文字内容，文字位置，文字大小，文字颜色viewer.addText3D("PCL LOGO", pose,2,1,0.647,0);std::cout << "Only run once" << std::endl;
}

 2)、void runOnVisualizationThread (VizCallable x, const std::string& key = "callable")，该函数在渲染输出时每次都调用，参数为回调函数。回调函数定义为如下:

// 调函数，注册后每帧显示都执行一次，可视化添加一个刷新显示字符串
void viewerPsycho(pcl::visualization::PCLVisualizer& viewer)
{static unsigned count = 0;std::stringstream ss;ss << "Point Cloud Library: " << count++;viewer.removeShape("text", 0);// 参数含义：刷新字符串，在屏幕位置（x,y）,字体大（100），字体颜色（1,0.54,0.0），字符串id，窗口idviewer.addText(ss.str(), 20, 500, 40, 1, 0.54, 0, "text", 0);
}

3）、inline boost::signals2::connection registerPointPickingCallback (void (*callback) (const pcl::visualization::PointPickingEvent&, void*), void* cookie = nullptr)，该函数响应单击选点事件操作，操作相对其他两个复杂，具体操作如下，先定义回调参数类型：

struct callback_args {pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr clicked_points_3d;pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr viewerPtr;
};

        在定义回调函数如下：

void pp_callback(const pcl::visualization::PointPickingEvent& event, void* args)
{struct callback_args* data = (struct callback_args*)args;if (event.getPointIndex() == -1)return;//获取事件点的IDint index = event.getPointIndex();std::cout << "index: " << index << std::endl;//获取点的三维坐标pcl::PointXYZ current_point;event.getPoint(current_point.x, current_point.y, current_point.z);data->clicked_points_3d->points.push_back(current_point);//设置可视点的颜色信息pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom<pcl::PointXYZ> red(data->clicked_points_3d, 255, 0, 0);data->viewerPtr->removePointCloud("clicked_points");//添加可视点data->viewerPtr->addPointCloud(data->clicked_points_3d, red, "clicked_points");//设置可视点的大小data->viewerPtr->setPointCloudRenderingProperties(pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 10, "clicked_points");//输出点的信息std::cout << current_point.x << " " << current_point.y << " " << current_point.z << std::endl;
}

注意：以上3的）内容我们会在下节进行结果展示，大家可以先跳过内容。 

3、CloudViewer可视化点云信息Demo

3.1、示例1，可视化无颜色点云和有颜色点云

        示例代码如下：

/*****************************************************************//**
* \file   PCLviewerMian.cpp
* \brief
*
* \author YZS
* \date   December 2024
*********************************************************************/
#include <iostream>              
#include <string>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/visualization/cloud_viewer.h>  //cloud_viewer类的头文件
using namespace std;// 回调函数，在主函数中只注册一次 ，设置可视化背景颜色，添加3D文字
void viewerOneOff(pcl::visualization::PCLVisualizer& viewer)
{viewer.setBackgroundColor(0.0, 0.40784, 0.5451); //设置背景颜色pcl::PointXYZ pose;                          //添加属性的位置pose.x = 0.10;pose.y = 0;pose.z = 0;//添加PCL LOGO 3D 文字//参数分别为：3D文字内容，文字位置，文字大小，文字颜色viewer.addText3D("PCL LOGO", pose, 0.5, 1, 0.647, 0);std::cout << "Only run once" << std::endl;
}
// 调函数，注册后每帧显示都执行一次，可视化添加一个刷新显示字符串
void viewerPsycho(pcl::visualization::PCLVisualizer& viewer)
{static unsigned count = 0;std::stringstream ss;ss << "Point Cloud Library: " << count++;viewer.removeShape("text", 0);// 参数含义：刷新字符串，在屏幕位置（x,y）,字体大（100），字体颜色（1,0.54,0.0），字符串id，窗口idviewer.addText(ss.str(), 20, 500, 50, 1, 0.54, 0, "text", 0);
}
// 可视化点为PointXYZ的点云
void TestVisPointClouXYZ()
{// 创建点云对象，显示点类型为（X,Y,Z)的点云pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>::Ptr cloud(new pcl::PointCloud<pcl::PointXYZ>);//读取点云文件std::string fileName = "E:/PCLlearnData/4/fragment.pcd";pcl::io::loadPCDFile(fileName, *cloud);//创建可视化句柄viewer对象pcl::visualization::CloudViewer viewer("PCLVisPointXYZ");//用showCloud，将Cloud可视化到屏幕viewer.showCloud(cloud);//该接口函数在可视化的时候只执行一次，可以用于设置背景等一次性操作viewer.runOnVisualizationThreadOnce(viewerOneOff);//该接口函数在渲染输出时每次都调用，可以用于设置显示时间戳、计时器和动态处理等操作viewer.runOnVisualizationThread(viewerPsycho);while (!viewer.wasStopped()){//此处可以添加其他处理}
}
//可视化点为PointXYZRGB的点云数据
void TestVisPointClouXYZRGB()
{// 创建点云对象，显示点类型为（X,Y,Z ，R，G，B)的点云pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>::Ptr cloud(new  pcl::PointCloud<pcl::PointXYZRGB>);//读取点云文件std::string fileName = "E:/PCLlearnData/4/fragment.pcd";pcl::io::loadPCDFile(fileName, *cloud);//创建可视化句柄viewer对象pcl::visualization::CloudViewer viewer("PCLVisPointXYZRGB");//用showCloud，将Cloud可视化到屏幕viewer.showCloud(cloud);while (!viewer.wasStopped()){//此处可以添加其他处理}
}int main(int argc, char* argv[])
{//TestVisPointClouXYZ();TestVisPointClouXYZRGB();std::cout << "Hello PCL!" << std::endl;std::system("pause");return 0;
}

        结果展示：

3.2、键盘操作展示

        在上面2.1节内容中提到键盘和鼠标回调操作，常用的键盘操作命令有如下：

键盘操作命令	说明
p	切换到基于点的表示
w	切换到基于线框的表示
s	切换到基于表面的表示
c	显示当前摄像头/窗口参数
f	飞到点模式
e	退出交互程序
q	停止并调用VTK的TerminateApp
o	在透视/平行投影之间切换
g	显示比例栅格(开/关)
u	显示查找表(开/关)

        1）、显示比例栅格展示如下，其他的命令大家可自行操作一下查看效果。

至此完成第四节PCL库可视化之CloudViewer类简单点云信息显示学习，下一节我们将进入《PCL库可视化之PCLVisualizer类复杂点云信息显示》的学习。