Open3Dでポリゴンの枚数を減らして簡単に3Dデータ圧縮を実現（Open3DとPythonによる実装）

3Dデータ処理ができる手軽なライブラリとして、Open3Dがあります。

本日はこのOpen3Dを用いて、3Dメッシュ（ポリゴン）を読み込み、その枚数を減らすプログラムを紹介します。

Open3Dを用いることで、容易にポリゴンの枚数を減らすことができます。

もちろん形状は粗くなってしまいますが、枚数を減らすことでデータサイズの削減や、その後の処理を軽量に実施することができます。

Open3Dの環境構築に関しては、以下の環境構築に関する記事をご覧ください。

Open3Dの環境構築とサンプルコードの実行（Python）

今回は3Dデータ処理のためにOpen3Dの環境構築をしてみたいと思います。 このOpen3DはIntel Labsから2018年に論...

tecsingularity.com

2020-09-20 23:34

PLYファイルの入手

PLYファイルは3D点群データや3Dメッシュを保存するための汎用フォーマットで、広く用いられています。

PLYファイルで保存された3Dメッシュはさまざまなサイトで公開されていますが、今回は以下のサイトで公開されているスタンフォードバニーのPLYファイルを読み込み、実験を行いました。

外部サイト：3D Models

ポリゴンリダクションプログラム（Open3DとPythonによる実装）

実行環境

• OS：Windows 10
• Python 3.9
• Open3D ver. 0.15.1

ソースコード

	import open3d as o3d
	import numpy as np
	if __name__ == "__main__":
	# Loading mesh data
	print("Loading mesh data")
	Mesh = o3d.io.read_triangle_mesh("bunny.ply")
	# Calculation of normal vector
	Mesh.compute_vertex_normals()
	print(np.asarray(Mesh.triangle_normals))
	# Mesh decimation
	MeshSimple = Mesh.simplify_quadric_decimation(target_number_of_triangles=10000)
	# Confirmation
	print(Mesh)
	print(MeshSimple)
	# Visualization in window
	o3d.visualization.draw_geometries([Mesh],mesh_show_back_face=True)
	o3d.visualization.draw_geometries([MeshSimple],mesh_show_back_face=True)
	# Saving mesh
	o3d.io.write_triangle_mesh("MeshSimple.ply", MeshSimple)

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コードの解説

メッシュデータの読込

メッシュの読み込みに必要なのは以下の箇所で、「io.read_triangle_mesh」を用いて読み込みたいメッシュデータのパスを指定することで読み込みが可能です。

	# Loading mesh data
	print("Loading mesh data")
	Mesh = o3d.io.read_triangle_mesh("bunny.ply")

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メッシュの法線の計算

メッシュの表示を行う際に、法線ベクトルがないと陰影が付かず、表示結果が綺麗になりません。そこで、以下の箇所でメッシュの法線を計算しています。

	# Calculation of normal vector
	Mesh.compute_vertex_normals()
	print(np.asarray(Mesh.triangle_normals))

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ポリゴンリダクション

以下の箇所でポリゴンの数を減らします。

	# Mesh decimation
	MeshSimple = Mesh.simplify_quadric_decimation(target_number_of_triangles=10000)

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Open3Dには、ポリゴンリダクションを実現できる関数として「simplify_quadric_decimation関数」が標準で実装されています。

引数として、リダクション後のポリゴンの枚数を指定することができます。上記のプログラムでは「10000」を設定しているため、リダクション後のポリゴンの枚数が10000枚になります。

メッシュの表示

最後に以下の箇所でメッシュデータを表示します。今回はリダクションを行わないもの、行ったものの計2回ウィンドウを表示するようにしています。

	# Visualization in window
	o3d.visualization.draw_geometries([Mesh],mesh_show_back_face=True)
	o3d.visualization.draw_geometries([MeshSimple],mesh_show_back_face=True)

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実行結果

「target_number_of_triangles」を変更して、いくつかリダクション結果を出力してみました。さすがに100ポリゴンまで減らすと原型を留めていないですが、まずまず上手く枚数を減らせているように見えます。

リダクション無し（69451ポリゴン）

ポリゴンリダクション結果（target_number_of_triangles=10000ポリゴン）

ポリゴンリダクション結果（target_number_of_triangles=1000ポリゴン）

ポリゴンリダクション結果（target_number_of_triangles=100ポリゴン）

まとめ

Open3Dでポリゴンの枚数を減らす方法を紹介しました。

アプリケーションの要求に対して、ポリゴンの枚数が多すぎる場合などには、リダクションでデータを減らすことが有効です。