CN114296801A - 一种点云文本格式快速读取与写入方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种点云文本格式快速读取与写入方法，点云文本格式读取方法使用预先构建的读取对照表，通过扫描文本文件中的每一个浮点数字符串，逐个累加浮点数的整数部分和小数部分进行读取；将点云写入文本文件的方法使用预先构建的写入对照表，把任意4位数直接转换为字符串进行写入；本发明采用查表的方法，本发明可以解决现有技术中存在的对于海量点云文本格式数据，读写速度慢、效率低的技术问题；避免了大量的库函数调研，可实现海量点云与文本格式之间进行快速转换。在相同的计算机硬件环境下，比使用系统函数进行转换快10倍左右。

Description

一种点云文本格式快速读取与写入方法

技术领域

本发明涉及激光点云数据处理技术领域，具体涉及一种点云文本格式快速读取与写入方法。

背景技术

随着大规模三维数据采集技术的不断发展，三维激光扫描设备得到了广泛的应用。它能够对目标场景进行完整的点云坐标采集，在三维空间进行自动的高精度扫描，真实的描述目标场景的整体结构和形态特征，快速获取目标场景点云数据。点云数据是用海量的离散点坐标来表达空间对象的几何特征的数据形式，特点为数据量巨大。

目前，各种点云数据处理工具与软件之间通常使用点云文本格式进行数据交换。点云文本格式主要包括xyz文件、pts文件、ptx文件等，这些文本格式包含了每一个点的坐标(x、y、z坐标)。但是，因为读取文本格式的浮点数库函数效率低下，导致读取或写入海量点云数据时，速度慢、效率低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种点云文本格式快速读取与写入方法，以解决现有技术中存在的对于海量点云文本格式数据，读写速度慢、效率低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下

第一方面，提供了一种点云文本格式读取方法，包括以下步骤：

S1-1、构建读取对照表；

S1-2、将点云文本格式映射到内存中得到浮点数字符串，以及点云文本格式在内存中的首地址和所占用的字节数；

S1-3、设置字符指针指向首地址，根据点云文本格式的首地址和所占用的字节数确定点云文本格式在内存中的尾地址，并设置浮点数坐标数量的初始值；

S1-4、建立浮点数坐标的空集合；

S1-5、扫描浮点数字符串，区分出浮点数字符串的正负标识、整数部分和小数部分；

S1-6、根据浮点数字符串的正负标识、整数部分和小数部分，结合读取对照表进行查表并相加计算，得到浮点数坐标计算值；

S1-7、将浮点数坐标计算值放入空集合，将字符指针指向下一个浮点数字符串；

S1-8、重复步骤S1-5、S1-6、S1-7，直到字符指针指向尾地址，得到浮点数坐标计算值集合；

S1-9、根据浮点数坐标计算值集合得到点云集合。

由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：使用查表获取对应值的方式快速处理点云坐标浮点数的文本读取，在逐字节扫描点云文本文件的过程中，累加浮点数的整数部分与小数部分，快速计算浮点数的值，完成对点云文本格式的读取；整个过程主要进行加法运算并且没有函数调用，可以减少运行时所需消耗的内存资源，大幅度提高海量点云数据的读取效率。

进一步的，读取对照表为10行、12列，表中各元素记为M_r,c，M_r,c＝(r-1)×10^c-1，其中r表示行，c表示列。

进一步的，整数部分查表相加，具体如下：

小数部分查表相加，具体如下：

浮点数坐标计算值具体如下：

T＝sign×(T1+T2/10¹²)

其中，

为读取对照表中某一元素，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数，sign表示正负号。

第二方面，提供了一种点云文本格式写入方法，包括以下步骤：

S2-1、构建写入对照表；

S2-2、设置写入点云数量的初始值，打开文本文件；

S2-3、从点云集合中读取一个浮点数点云，将浮点数点云三个坐标中的任意一个坐标转换为整数坐标；

S2-4、识别整数坐标的正负标识，对整数坐标取绝对值；

S2-5、对整数坐标绝对值进行分段整除运算，得到多个分段整除运算后的商；

S2-6、将多个分段整除运算后的商结合写入对照表进行查表，并根据整数点云的正负标识，将字符串写入文本文件；

S2-7、将浮点数点云三个坐标中的另外两个坐标分别转换为整数坐标，重复步骤S2-4、S2-5、S2-6；

S2-8、写换行符到文本文件，重复步骤S2-3至步骤S2-7。

由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果如下：可以把一个点云坐标的浮点数转换为整数，并且按4位数字分解为4个4位数字，最后一个4位数为小数部分；然后通过查表的方法快速把任意一个4位数字转换为字符串后写入文本文件；整个过程主要进行除法运算并且没有函数调用，可以减少运行时所需消耗的内存资源，大幅度提高海量点云数据的写入效率。

进一步的，写入对照表包括补0的字符串、不补0的字符串。

进一步的，步骤S2-5具体包括：

设第一分段d₀对应整数坐标的第16位到第13位，第二分段d₁对应整数坐标的第12位到第9位，第三分段d₂对应整数坐标的第8位到第5位、第四分段d₃对应整数坐标的第4位到第1位；

对每一个分段绝对值进行整除运算，将d与10¹²进行整除运算得到第一分段d₀的第一商及第一余数，将第一余数与10⁸进行整除运算得到第二分段d₁的第二商及第二余数，将第二余数与10⁴进行整除运算得到第三分段d₂的第三商及第三余数，将第三余数与10⁴进行整除运算得到第三分段d₃的第四商及第四余数。

进一步的，步骤S2-6具体包括：

首先，如果整数坐标的正负标识为负，则写负号字符串写入到文本文件；

然后，如果d₀≠0，根据d₀、d₁、d₂、d₃进行整除后各自的商的数字，在写入对照表中查找相应的字符串，然后依次将第一商、第二商、第三商所对应的字符串写入文本文件，再将小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₀＝0时，写0字符串到文件；

如果d₁≠0，依次将第二商、第三商所对应的字符串写入文本文件，再将小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₁＝0时，写0字符串到文件；

如果d₂≠0，将第三商所对应的字符串写入文本文件，再将小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₂＝0时，写0字符串到文件；

如果d₃≠0，将小数点字符串写入文本文件，再将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₃＝0时，写0字符串到文件。

第三方面，提供了一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现第一方面提供的点云文本格式读取方法。

第四方面，提供了一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现第二方面提供的的点云文本格式写入方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

本实施例涉及如何快速读取文本格式的海量点云数据，提供了一种点云文本格式读取方法，具体如下：

对点云文本格式进行读取时，输入形式是以字符串表达的坐标串，每一行为一个坐标，每一个坐标分量以分割符隔离，如“123.1,23.4,12.5”。输出形式为浮点数坐标，用P_n(x，y，z)表示，其中n是坐标的序号，x、y、z为三维空间坐标系中的三个方向上的坐标值。

点云文本格式读取方法包括以下步骤：

S1-1、构建读取对照表

在具体的实施方式中，结合目前的点云数据，将读取对照表定义为10行、12列，读取对照表记为M_10×12，表中各元素记为M_r,c，M_r,c＝(r-1)×10^c-1，其中r表示行，c表示列。读取对照表如下表表1所示：

表1读取对照表

S1-2、将点云文本格式映射到内存中得到浮点数字符串，以及点云文本格式在内存中的首地址和所占用的字节数

在具体的实施方式中，使用现有的内存映射技术把点云文本格式映射到计算机的内存中，映射后得到点云文本格式在内存中的首地址记为pSrc，以及点云文本格式在内存中所占用的字节数N。映射后的点云文本格式在内存以浮点数字符串的形式进行暂存。

S1-3、设置字符指针指向首地址，根据点云文本格式的首地址和所占用的字节数确定点云文本格式在内存中的尾地址，并设置浮点数坐标数量的初始值

在具体的实施方式中：

定义字符指针为c，设置c＝pSrc。

根据点云文本格式的首地址和所占用的字节数确定点云文本格式在内存中的尾地址，尾地址记为pLast，pLast＝pSrc+N。

设置浮点数坐标数量m的初始值，令m＝1。

S1-4、建立浮点数坐标的空集合

建立浮点数坐标的空集合F，以便将后续计算得到的浮点数坐标存储入该空集合中。

S1-5、扫描浮点数字符串，区分出浮点数字符串的正负标识、整数部分和小数部分

在具体的实施方式中，对扫描浮点数字符串举例说明：

设某一浮点数字符串为S，S＝‘sdndn-1...d1.x1x2...xm’；其中正负标识‘s’为空或正负号，‘d1d2...dn’为整数部分，‘x1x2...xm’为小数部分，整数部分和小数部分之间以小数点隔开。

S1-6、根据浮点数字符串的正负标识、整数部分和小数部分，结合读取对照表进行查表并相加计算，得到浮点数坐标计算值

在具体的实施方式中，计算浮点数坐标包括：

当正负标识‘s’为空或正号时，令sign＝1；当正负标识‘s’为负号时，令sign＝-1。

结合读取对照表中各元素M的值，对浮点数字符串的整数部分和小数部分进行查表相加，其中：

整数部分T1为：

小数部分T2为：

浮点数坐标计算值T为：

T＝sign×(T1+T2/10¹²)

其中，

为读取对照表中某一元素，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数，sign表示正负号。

在本步骤中，实现了把浮点数字符串的解析转换为逐位查表并相加的方式，计算小数部分时需要除以10¹²。

S1-7、将浮点数坐标计算值放入空集合，将字符指针指向下一个浮点数字符串

在具体的实施方式中，将浮点数坐标T放入空集合F时，追加到空集合F的末尾；然后将字符指针c指向浮点数坐标S的后面一个浮点数字符串。

S1-8、重复步骤S1-5、S1-6、S1-7，直到字符指针指向尾地址，得到浮点数坐标计算值集合

当字符指针未指向尾地址时，在具体的实施方式中，当c<pLast即字符指针未指向尾地址时，表明此时的点云文本格式没有被完全读取，此时需要重复步骤S1-5、S1-6、S1-7。

对于浮点数坐标计算值集合，因浮点数坐标包含x、y、z三个方向，所以得到的浮点数坐标计算值T的集合F也分为三个，包括F₁、F₂、F₃，分别对应x、y、z三个方向。浮点数坐标P_n＝(F₁，F₂，F₃)，n是坐标的序号。

S1-9、根据浮点数坐标计算值集合得到点云集合

在具体的实施方式中，集合{P₁,P₂,P₃…P_n-1}为将文本格式转换后的点云集合，就此完成对点云文本格式的读取。

通过采用本实施例的技术方案，使用查表获取对应值的方式快速处理点云坐标浮点数的文本读取，在逐字节扫描点云文本文件的过程中，累加浮点数的整数部分与小数部分，快速计算浮点数的值，完成对点云文本格式的读取；整个过程主要进行加法运算并且没有函数调用，可以减少运行时所需消耗的内存资源，大幅度提高海量点云数据的读取效率。

实施例2

本实施例涉及如何快速写入文本格式的海量点云数据，提供了一种点云文本格式写入方法，具体如下：

对点云文本格式进行写入时，输入形式是点云集合Cloud＝{P₁,P₂,…P_n}，其中P_i＝{x，y，z}，x、y、z为三维空间坐标系中的三个方向上的坐标值，n表示点云集合中的点云总数量。经过转换后，输出得到文本格式的点云文件，每一行表示一个点，每个点的坐标用字符串表示，之间用分割符隔开。

点云文本格式写入方法包括以下步骤：

S2-1、构建写入对照表

构建写入对照表，把全部4位或低于4位的整数转换为字符串；在具体的实施方式中，写入对照表包含0-9999的转换，用D数组表示，长度为10000，其中D_is为整数前面补0的字符串表示，D_if为整数的字符串表示。写入对照表如下表表2所示：

表2写入对照表

S2-2、设置写入点云数量的初始值，打开文本文件

在具体的实施方式中，设置写入点云数量的初始值i＝0，打开TXT格式的文本文件。

S2-3、从点云集合中读取一个浮点数点云，将浮点数点云三个坐标中的任意一个坐标转换为整数坐标

在具体的实施方式中，点云集合Cloud中取得一个点云，设该点云为点云集合中的第i个点云，将该点云记为Pi，Pi为一浮点数，包括12位整数部分和4位小数部分。

每一个点云包含x、y、z三个坐标，需要分别将这三个坐标的浮点数转换为整数，以及对这三个坐标的正负标识进行获取。在具体的实施方式中，因小数部分为4位，所以将点云某一个方向坐标(比如x坐标)的浮点数Pix乘以10000再向下取整，可将整个Pix转换整数，去掉小数点，便于计算。

S2-4、识别整数坐标的正负标识，对整数坐标取绝对值

将转换为整数坐标的坐标数值与0作比较，大于0为正，小于0为负；同时对转换的整数坐标取绝对值，即d＝|x|，其中x表示转换为整数坐标，d表示对整数坐标取绝对值后得到的数字。

S2-5、对整数坐标绝对值进行分段整除运算，得到多个分段整除运算后的商

在具体的实施方式中，因目前的点云坐标均为12位整数和和4位小数，表2中每个字符串对应4位数字，设第一分段d₀对应整数坐标的第16位到第13位(即浮点数点云的第12位到第9位整数)，第二分段d₁对应整数坐标的第12位到第9位(即浮点数点云的第8位到第5位整数)，第三分段d₂对应整数坐标的第8位到第5位(即浮点数点云的第4位到第1位整数)、第四分段d₃对应整数坐标的第4位到第1位(即浮点数点云的4位小数)。

对每一个分段绝对值进行整除运算，将d与10¹²进行整除运算得到第一分段d₀的第一商及第一余数，将第一余数与10⁸进行整除运算得到第二分段d₁的第二商及第二余数，将第二余数与10⁴进行整除运算得到第三分段d₂的第三商及第三余数，将第三余数与10⁴进行整除运算得到第三分段d₃的第四商及第四余数。

S2-6、将多个分段整除运算后的商结合写入对照表进行查表，并根据整数点云的正负标识，将字符串写入文本文件

在具体的实施方式中，首先，如果整数坐标的正负标识为负，则写‘-’负号字符串写入到文本文件；

然后，如果d₀≠0，根据d₀、d₁、d₂、d₃进行整除后各自的商的数字，在写入对照表中查找相应的字符串，然后依次将第一商、第二商、第三商所对应的字符串写入文本文件，再将‘.’小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₀＝0时，写‘0’字符串到文件。

如果d₁≠0，依次将第二商、第三商所对应的字符串写入文本文件，再将‘.’小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₁＝0时，写‘0’字符串到文件。

如果d₂≠0，将第三商所对应的字符串写入文本文件，再将‘.’小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₂＝0时，写‘0’字符串到文件。

如果d₃≠0，将‘.’小数点字符串写入文本文件，再将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₃＝0时，写‘0’字符串到文件。

S2-7、将浮点数点云三个坐标中的另外两个坐标分别转换为整数坐标，重复步骤S2-4、S2-5、S2-6

在具体的实施方式中，因每一个点云包含x、y、z三个坐标，所以需要将浮点数点云三个坐标中的另外两个坐标按S2-4、S2-5、S2-6的方法，写入文本格式文件。

S2-8、写换行符到文本文件，重复步骤S2-3至步骤S2-7

写换行符到文本文件，重复步骤S2-3至步骤S2-7，对点云集合Cloud＝{P₁,P₂,…P_n}中的n个点云分别进行读取，并写入字符串到文本文件，直到将n个点云全部写入。

通过本实施例的技术方案，可以把一个点云坐标的浮点数转换为整数，并且按4位数字分解为4个4位数字，最后一个4位数为小数部分；然后通过查表的方法快速把任意一个4位数字转换为字符串后写入文本文件；整个过程主要进行除法运算并且没有函数调用，可以减少运行时所需消耗的内存资源，大幅度提高海量点云数据的写入效率。

本发明采用查表的方法，避免了大量的库函数调研，可实现海量点云与文本格式之间进行快速转换。在相同的计算机硬件环境下，比使用系统函数进行转换快10倍左右。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种点云文本格式读取方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1-1、构建读取对照表；

S1-2、将点云文本格式映射到内存中得到浮点数字符串，以及点云文本格式在内存中的首地址和所占用的字节数；

S1-3、设置字符指针指向首地址，根据点云文本格式的首地址和所占用的字节数确定点云文本格式在内存中的尾地址，并设置浮点数坐标数量的初始值；

S1-4、建立浮点数坐标的空集合；

S1-5、扫描浮点数字符串，区分出浮点数字符串的正负标识、整数部分和小数部分；

S1-6、根据浮点数字符串的正负标识、整数部分和小数部分，结合读取对照表进行查表并相加计算，得到浮点数坐标计算值；

S1-7、将浮点数坐标计算值放入空集合，将字符指针指向下一个浮点数字符串；

S1-8、重复步骤S1-5、S1-6、S1-7，直到字符指针指向尾地址，得到浮点数坐标计算值集合；

S1-9、根据浮点数坐标计算值集合得到点云集合。

2.根据权利要求1所述的点云文本格式读取方法，其特征在于，所述读取对照表为10行、12列，表中各元素记为M_r,c，M_r,c＝(r-1)×10^c-1，其中r表示行，c表示列。

3.根据权利要求2所述的点云文本格式读取方法，其特征在于，步骤S1-6中，所述整数部分查表相加，具体如下：

所述小数部分查表相加，具体如下：

所述浮点数坐标计算值具体如下：

T＝sign×(T1+T2/10¹²)

其中，

为读取对照表中某一元素，n表示整数部分的位数，m表示小数部分的位数，sign表示正负号。

4.一种点云文本格式写入方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2-1、构建写入对照表；

S2-2、设置写入点云数量的初始值，打开文本文件；

S2-3、从点云集合中读取一个浮点数点云，将浮点数点云三个坐标中的任意一个坐标转换为整数坐标；

S2-4、识别整数坐标的正负标识，对整数坐标取绝对值；

S2-5、对整数坐标绝对值进行分段整除运算，得到多个分段整除运算后的商；

S2-6、将多个分段整除运算后的商结合写入对照表进行查表，并根据整数点云的正负标识，将字符串写入文本文件；

S2-7、将浮点数点云三个坐标中的另外两个坐标分别转换为整数坐标，重复步骤S2-4、S2-5、S2-6；

S2-8、写换行符到文本文件，重复步骤S2-3至步骤S2-7。

5.根据权利要求4所述的点云文本格式写入方法，其特征在于，所述写入对照表包括补0的字符串、不补0的字符串。

6.根据权利要求4所述的点云文本格式写入方法，其特征在于，步骤S2-5具体包括：

设第一分段d₀对应整数坐标的第16位到第13位，第二分段d₁对应整数坐标的第12位到第9位，第三分段d₂对应整数坐标的第8位到第5位、第四分段d₃对应整数坐标的第4位到第1位；

对每一个分段绝对值进行整除运算，将d与10¹²进行整除运算得到第一分段d₀的第一商及第一余数，将第一余数与10⁸进行整除运算得到第二分段d₁的第二商及第二余数，将第二余数与10⁴进行整除运算得到第三分段d₂的第三商及第三余数，将第三余数与10⁴进行整除运算得到第三分段d₃的第四商及第四余数。

7.根据权利要求6所述的点云文本格式写入方法，其特征在于，步骤S2-6具体包括：

首先，如果整数坐标的正负标识为负，则写负号字符串写入到文本文件；

然后，如果d₀≠0，根据d₀、d₁、d₂、d₃进行整除后各自的商的数字，在写入对照表中查找相应的字符串，然后依次将第一商、第二商、第三商所对应的字符串写入文本文件，再将小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₀＝0时，写0字符串到文件；

如果d₁≠0，依次将第二商、第三商所对应的字符串写入文本文件，再将小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₁＝0时，写0字符串到文件；

如果d₂≠0，将第三商所对应的字符串写入文本文件，再将小数点字符串写入文本文件，最后将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₂＝0时，写0字符串到文件；

如果d₃≠0，将小数点字符串写入文本文件，再将第四商所对应的字符串写入文本文件；当d₃＝0时，写0字符串到文件。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1-3中任一所述的点云文本格式读取方法。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现权利要求4-7中任一所述的点云文本格式写入方法。

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