努力使用 Python 中的 Open3D 从点云数据创建无懈可击的网格

Question

我正在尝试用代表锥束 CT 图像的器官轮廓数据的点云创建一个防水网格。我的目标是获取两个网格并计算它们两个之间的相交体积。

我尝试过使用此处显示的每种方法

泊松重建

point_cloud = np.genfromtxt('ct_prostate_contour_data.csv', delimiter=',')
pcd = o3d.geometry.PointCloud()
pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(point_cloud)
pcd.compute_convex_hull()
pcd.estimate_normals()
pcd.orient_normals_consistent_tangent_plane(10)

mesh = o3d.geometry.TriangleMesh.create_from_point_cloud_poisson(pcd, depth=10, width=0, scale=20, linear_fit=True)[0]
mesh.compute_vertex_normals()
mesh.paint_uniform_color([0.5, 0.5, 0.5])
mesh.remove_degenerate_triangles()
o3d.visualization.draw_geometries([pcd, mesh], mesh_show_back_face=True)

虽然这个方法在我看来似乎会产生一个水密网格，但 mesh.is_watertight() 的结果是 False，但是对于膀胱数据它返回 True。此外，该算法将网格扩展到数据垂直限制的上方和下方。虽然这并不是一个破坏交易的问题，但如果有一种方法可以最大限度地减少它，那就太好了。

泊松网格图像

球旋转

point_cloud = np.genfromtxt('ct_prostate_contour_data.csv', delimiter=',')
pcd = o3d.geometry.PointCloud()
pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(point_cloud)
pcd.compute_convex_hull()
pcd.estimate_normals()
pcd.orient_normals_consistent_tangent_plane(30)

distances = pcd.compute_nearest_neighbor_distance()
avg_dist = np.mean(distances)
radii = [0.1*avg_dist, 0.5*avg_dist, 1*avg_dist, 2*avg_dist] 
r = o3d.utility.DoubleVector(radii)
rec_mesh = o3d.geometry.TriangleMesh.create_from_point_cloud_ball_pivoting(pcd, r)
o3d.visualization.draw_geometries([pcd, rec_mesh], mesh_show_back_face=True)

如果我能够填充孔，这将是我的首选方法，因为它只是连接顶点而无需插值。也许如果我能够使其进入仅剩下的孔很大的状态，我可以将该网格转换为 Pyvista 兼容的网格并使用 Pymeshfix 修补孔。

球旋转网格图像

阿尔法形状

point_cloud = np.genfromtxt('ct_prostate_contour_data.csv', delimiter=',')
pcd = o3d.geometry.PointCloud()
pcd.points = o3d.utility.Vector3dVector(point_cloud)
alpha = 8
tetra_mesh, pt_map = o3d.geometry.TetraMesh.create_from_point_cloud(pcd)
mesh = o3d.geometry.TriangleMesh.create_from_point_cloud_alpha_shape(pcd, alpha, tetra_mesh, pt_map)
mesh.compute_vertex_normals()
mesh.paint_uniform_color([0.5, 0.5, 0.5])
mesh.remove_degenerate_triangles()
o3d.visualization.draw_geometries([pcd, mesh])

其结果类似于球旋转，但更糟糕。

Alpha 形状网格图像

样本数据

• ct_prostate_contour_data.csv
• ct_直肠_轮廓_数据.csv
• ct_bladder_contour_data.csv

Answer 1

我是PyVista 模块的作者之一。我们在Pull request #1617vtkSurfaceReconstructionFilter中引入了PyVista 内部。

import pymeshfix
import numpy as np
import pyvista as pv

pv.set_plot_theme('document')

array = np.genfromtxt('ct_prostate_contour_data.csv', delimiter=',')

point_cloud = pv.PolyData(array)
surf = point_cloud.reconstruct_surface(nbr_sz=20, sample_spacing=2)

mf = pymeshfix.MeshFix(surf)
mf.repair()
repaired = mf.mesh

pl = pv.Plotter()
pl.add_mesh(point_cloud, color='k', point_size=10)
pl.add_mesh(repaired)
pl.add_title('Reconstructed Surface')
pl.show()