Blender + Pythonでポイントクラウドを可視化する

はじめに

ポイントクラウドデータをいい感じに可視化したい． matplotlibでも3次元データのscatterを描くことができるが，以下のような感じでいまいちな見た目になってしまう．

f:id:ksknw:20191029190640p:plain

もうちょっといい感じの図が描きたい．たとえはこんな感じのやつ． 調べてみると，blenderでpythonが使えるらしいので，blenderなんもわからんけどやってみる． データはここで使われているShapenetの一部を用いた．

環境

ちょっと調べてでてくるスクリプトは動かないことが多かった(特にライト周り)． 今使っているバージョン付近で大きめのアップデートがあったのか，blender自体がそういうアップデートの方針なのかわからないが，使っているバージョンによっては以下のスクリプトは動かないので注意．

Blenderのインストール

blenderはaptでもインストールできるが，最新版ではなかったのでsnapdというやつを使ってみることにした． 一般にパッケージ管理ソフトを複数混ぜるのは良くない気がするので，あまり良くない方法かもしれない．

sudo apt install snapd 
sudo snap install blender

terminalから

blender

で起動できる．

スクリプト

Blenderの中のScriptingタブからテキストエディタを開くことができる． Blenderから実行するpythonからはbpyというモジュールを使うことができ，これを使ってblenderの中のオブジェクトやカメラなどを操作できる． 全体はここに置いた．

オブジェクトの作成

ポイントクラウドを可視化するために，ポイントクラウドの各点に球を配置する． これは以下の手順でできる．

  1. 各位置にプリミティブを配置する．
  2. プリミティブの大きさを変更する．
  3. マテリアルを設定し，色を指定する．

プリミティブにはcubeやconeなど色々あるが，今回はuv_sphereを使う．

bpy.ops.mesh.primitive_uv_sphere_add(location=(x, y, z))

大きさの変更はオブジェクトを選択してスケールを変更することでできる． このあたりはかなりGUIをpythonで操作している感じがある． bpy.context.object で作成したばかりのオブジェクト(選択済みになっているもの)を取得できる． 選択したオブジェクトのスケールを変更することで，球の大きさを変更できる．

sphere = bpy.context.object
sphere.scale = (0.02, 0.02, 0.02)

最後にマテリアルを追加することで，球の色を変更する． この機能を使うと，金属にするとか，水滴にするとかができる(と思う)が，今回は色を変更するだけ．

mat = bpy.data.materials.new("BLUE")
mat.diffuse_color = (.33, .43, .95, 1) # RGBA
sphere.data.materials.append(mat)

照明の配置

前述の通り、検索して出てくる多くのスクリプトが動かなかった。 これを参考にして，4方位から照らすようにした．

light_data = bpy.data.lights.new(name="light", type='AREA')
light_data.energy = 500
light_object = bpy.data.objects.new(name="light", object_data=light_data)
bpy.context.collection.objects.link(light_object)
bpy.context.view_layer.objects.active = light_object
light_object.location = loc
light_object.rotation_euler = rot

その他

カメラの配置はblender上で頑張って操作して決めた． renderのオプションなどは呪文として書いた．よくわかってない． 雰囲気的に床があったほうが良さそうだったので，適当に巨大な板を下に置いた．

bpy.ops.mesh.primitive_plane_add(location=(0, 0, -1))
plane = bpy.context.object
plane.scale = (100, 100, 1)

ということで以下のようなものを書いた．

実行

Blenderの中から実行しても良いし，コマンドラインから実行してもよい． jupyter notebookの中からも実行できるらしいが，まだやっていない (おそらく/snap/blender/33/2.80/python以下にipythonを入れればできそう)．

コマンドラインから実行する場合は以下．

blender --python visualize_points_blender.py

--backgroundオプションをつけるとbackgroundで実行できるらしいが，セグフォでうまくできなかった．

実行すると以下のような図を得る．

f:id:ksknw:20191029190609p:plain

まとめ

Blenderをpythonから使ってポイントクラウドを可視化した． GPUが弱いからか，1000点ぐらいのポイントクラウドを可視化するのに3分ぐらいかかっている． いい感じの図を作るセンスがほしい．

参考