PCL1.11 + VS +Qt点云数据可视化，鼠标点拾取，绝对是你想要的

动机

之前用OpenGL+Qt的方式进行点云可视化，奈何OpenGL太高级，太底层了，什么都要自己搞，虽然最后也搞出来一套，但是花了太大的力气才搞完，现在在回过头看看以前的代码，好多都要想一下才能明白。

最近项目要用到PCL进行点云处理，然后了解了PCL使用vtk进行可视化。然后研究了一下vtk，过程中走了不少弯路，现在把一些经验总结一下，算是给自己这段时间的研究一个交代。

环境

我用的环境是VS2019 + Qt5.13 + PCL 1.11 + 自己编译的VTK8.2，基本上算是最新的了。

PCL编译安装配置

PCL的安装相对简单，直接去官网下载安装即可，安装完后如下图所示。其中，PCL用到的第三方库都在3rdParty文件夹中。安装完后需要重新编译VTK，因为安装版的VTK是不支持Qt插件的。

我们下载PCL对应的VTK版本，这里一定要下载与PCL对应的VTK源码，然后编译即可，具体编译可参考其他文章，这里没什么难度的。

 

在编译VTK8.2的时候我遇到的一个错误是：export EXPORT or TARGETS specifier missing，解决办法是：打开VTK目录下的cmakelist.txt文件，复制156~157到154~155，最后，cmakelist.txt看起来像这样：

# Add a virtual target that can be used to build all compile tools.
add_custom_target(vtkCompileTools)
if (_vtk_compiletools_targets)
  list(REMOVE_DUPLICATES _vtk_compiletools_targets)
  export(TARGETS ${_vtk_compiletools_targets}
    FILE ${VTK_BINARY_DIR}/VTKCompileToolsConfig.cmake)
  add_dependencies(vtkCompileTools ${_vtk_compiletools_targets})
endif()

unset(_vtk_targets)
unset(_vtk_compiletools_targets)
unset(_vtk_all_targets)

编译完后把VTK的动态库，静态库和头文件替换PCL中的VTK即可，编译完VTK8.2应该像这样，其中，plugins文件夹中存放的是Qt设计师的控件动态库，但是我从来没用过Qt设计师，所以，这个对我没什么用。然后有一个QVTKWidget头文件，有了这个头文件就表示你的VTK此时可支持嵌入在Qt中显示了。

PCL可视化

网上找的资料绝大部分都是基于Qt设计师，把VTK的Qt控件提升为VTKWidget，然后各种操作。但是这篇文章我想用纯代码来实现。一方面我从来不用Qt设计师，另一方面我是基于VS+Qt插件来写的，在VS使用QT设计师很麻烦。

PCL可视化通过PCL的可视化类管理实现，PCL可视化类PCLVisualizer负责管理数据，QVTKWidget才是真正渲染数据的地方，类似于画布。所以，可视化类一定要设置渲染窗口，即最终要把数据显示在哪里。关键代码如下：

this->SetRenderWindow(_viewer->getRenderWindow());

有了可视化的容器，我们现在还不清楚到底怎么把数据刷到QVTKWidget上，刚才说过，PCL可视化器是管理数据的，所以，我们想显示谁就把谁添加到PCL可视化器上。

_viewer->addPointCloud(_cloud);

最终，我们的核心代码如下：

初始化VTK

void PCLViewer::initVtk()
{
	_viewer->addPointCloud(_cloud);
	_viewer->setBackgroundColor(0.0, 0.0, 0.0);
	_viewer->setPointCloudRenderingProperties(
		pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 1.0);
	_viewer->setPointCloudRenderingProperties(
		pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_COLOR, 1.0, 1.0, 1.0);
	
	cb_args.clicked_points_3d = clicked_points_3d;
	cb_args.viewerPtr = pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr(_viewer);
	_viewer->registerPointPickingCallback(
		click_point_callback, (void*)&cb_args); // 注册鼠标拾取点回调函数

	this->SetRenderWindow(_viewer->getRenderWindow()); // 设置PCLViewer可视化器渲染窗口
}

刷新显示点云数据

void PCLViewer::updateData(const QVector>& data)
{
	_cloud.reset(new pcl::PointCloud);
	std::async(std::launch::async, [=]() {
		for (int i = 0; i < data.size(); ++i)
		{
			for (int j = 0; j < data[0].size(); ++j)
			{
				_cloud->points.push_back(
					pcl::PointXYZ(data[i][j].x(),
						data[i][j].y(), data[i][j].z()));
			}
		}
		}).get();
	
	_viewer->updatePointCloud(_cloud, pointID);
	_viewer->resetCamera();
	this->update();

}

其中，PCLViewer继承自QVTKWidget，定义如下：

class PCLViewer : public QVTKWidget
{
	Q_OBJECT
public:
	PCLViewer(QVTKWidget* parent = nullptr);

public slots:
	void updateData(const QVector>& data);
protected:
	virtual QSize minimumSizeHint() const override;                 // 作为子窗口时设置子窗口最小尺寸
	virtual QSize sizeHint() const override;                        // 作为子窗口时设置子窗口默认尺寸
private:
	void initVtk();
private:
	pcl::PointCloud::Ptr _cloud;				// 点云
	std::string pointID;									// 点云ID
	pcl::visualization::PCLVisualizer::Ptr _viewer;			// pcl可视化器

	pcl::PointCloud::Ptr clicked_points_3d;	// 存储鼠标拾取点
};

实际上，PCLViewer就是Qt设计师把VTKWidgets提升为类的操作后的类。有了PCLViewer窗口控件，我们就可以把他放到QMainWindow窗口上合适的位置了。

鼠标点拾取

鼠标点拾取背后的原理实际上比较复杂的，是一个从二维到三维映射的过程，结合光线追踪，从相机原点出发，与世界坐标下的第一个交点就是鼠标拾取的点。但是PCL可视化器为我们封装了这个过程，不需要我们自己去计算。PCL可视化器捕获鼠标位置是通过回调函数实现的，我们定义相应的回调函数即可。

// 拾取鼠标位置回调函数声明
void point_pick_callback(
	const pcl::visualization::PointPickingEvent& event, void* args);

void point_pick_callback(const pcl::visualization::PointPickingEvent& event,
	void* args)
{
	struct pointpick_args* data =
		(struct pointpick_args*)args;
	if (-1 == event.getPointIndex())
	{
		return;
	}

	pcl::PointXYZ cur_point;
	event.getPoint(cur_point.x, cur_point.y, cur_point.z);
	data->clicked_points_3d->points.push_back(cur_point);
	// 开始画拾取点
	pcl::visualization::PointCloudColorHandlerCustom red(
		data->clicked_points_3d, 255, 0, 0);
	data->viewerPtr->removePointCloud("clicked_points");
	data->viewerPtr->addPointCloud(
		data->clicked_points_3d, red, "clicked_points");
	data->viewerPtr->setPointCloudRenderingProperties(
		pcl::visualization::PCL_VISUALIZER_POINT_SIZE, 10, "clicked_points");
	qDebug() << cur_point.x << " " << cur_point.y << " " << cur_point.z;
}

最终，我们的软件实现的效果如下：

 

最终的工程代码可按下面的连接下载：

pcl+Qt可视化工程代码

 

更新

最近有小伙伴想把鼠标点选的点在控件中显示，而不是在控制台上显示。具体实现起来就犯难了，主要是回调函数不支持类普通成员函数，要么回调函数是全局函数，要么是类的静态成员函数。全局函数和类的静态成员函数都不支持发送信号，鼠标点选点更新后不知道如何才能通知到控件让其感知到，那么到底要怎样才能把点选点发送到具体的控件实例上呢显示呢？

最近抽空看了一下PCL提供的注册回调函数原型，发现其参数可以是函数对象，如下图所示。这样我们可以把类的成员函数封装成函数对象，然后就可以愉快地注册类的成员函数作为回调函数了。

 

关键代码如下：

    // 把类成员函数封装成函数对象
	std::function fun = 
		std::bind(&PCLViewer::point_pick_callback, this, std::placeholders::_1);

	_viewer->registerPointPickingCallback(fun);

最后，我把点显示在QLineEdit控件上，最终具体效果如下图所示：

 

最后

工程代码中包含了我编译好的VTK8.2动态库，如果你想自己编译也可以，遇到的问题可在下面评论中指出，大家一起交流学习。

最后再次强调一下，PCL与依赖的第三方的库版本一定要匹配。