3Dndarrayのボクセルを3Dメッシュに保存する

下のような3次元のNdarrayのボクセルデータをstlなどの3Dデータに変換する

ボクセルデータ

np.array(
    [[[0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 1]],
     [[0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 1],
      [0, 0, 1, 2]],
     [[0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 1],
      [0, 0, 1, 2],
      [0, 1, 2, 2]],
     [[0, 0, 0, 1],
      [0, 0, 1, 2],
      [0, 1, 2, 2],
      [1, 2, 2, 1]],
     [[0, 0, 1, 2],
      [0, 1, 2, 2],
      [1, 2, 2, 1],
      [2, 2, 1, 0]],
     [[0, 1, 2, 2],
      [1, 2, 2, 1],
      [2, 2, 1, 0],
      [2, 1, 0, 0]],
     [[1, 2, 2, 1],
      [2, 2, 1, 0],
      [2, 1, 0, 0],
      [1, 0, 0, 0]],
     [[2, 2, 1, 0],
      [2, 1, 0, 0],
      [1, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0]],
     [[2, 1, 0, 0],
      [1, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0]],
     [[1, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0]]])

コード

voxcel2mesh.py

import numpy as np
import pyvista as pv


voxcel_data = np.array(
    [[[0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 1]],
     [[0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 1],
      [0, 0, 1, 2]],
     [[0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 1],
      [0, 0, 1, 2],
      [0, 1, 2, 2]],
     [[0, 0, 0, 1],
      [0, 0, 1, 2],
      [0, 1, 2, 2],
      [1, 2, 2, 1]],
     [[0, 0, 1, 2],
      [0, 1, 2, 2],
      [1, 2, 2, 1],
      [2, 2, 1, 0]],
     [[0, 1, 2, 2],
      [1, 2, 2, 1],
      [2, 2, 1, 0],
      [2, 1, 0, 0]],
     [[1, 2, 2, 1],
      [2, 2, 1, 0],
      [2, 1, 0, 0],
      [1, 0, 0, 0]],
     [[2, 2, 1, 0],
      [2, 1, 0, 0],
      [1, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0]],
     [[2, 1, 0, 0],
      [1, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0]],
     [[1, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0],
      [0, 0, 0, 0]]])

grid = pv.ImageData()
grid.dimensions = np.array(voxcel_data.shape) + 1
grid.origin = (0, 0, 0)
grid.spacing = (1, 1, 1)
grid.cell_data["values"] = voxcel_data.flatten(order="F")  

threshed = grid.threshold(value=1)

surf = threshed.extract_surface()

surf.save("mesh.stl")

pl = pv.Plotter()
pl.add_mesh(grid, style = 'wireframe')
pl.add_mesh(surf)
pl.show()

メッシュになりました

解説

.py

voxcel_data = np.array(
~~
)

3次元ボクセルデータ好きな形状を定義してください

.py

grid = pv.ImageData()
grid.dimensions = np.array(voxcel_data.shape) + 1
grid.origin = (0, 0, 0)
grid.spacing = (1, 1, 1)

グリッドデータのクラスの定義、縦横奥行、原点、ボクセルサイズの指定

.py

grid.cell_data["values"] = voxcel_data.flatten(order="F")  

グリッドのセルに3Dndarrayの数値データを格納

.py

threshed = grid.threshold(value=1)

value以下の値のセルを削除
今回のデータの場合
value = 0

value = 1

value = 2

.py

surf = threshed.extract_surface()

ボクセルデータからメッシュを作成します

.py

surf.save("mesh.stl")

メッシュデータを保存します

.py

pl = pv.Plotter()
pl.add_mesh(grid, style = 'wireframe')
pl.add_mesh(surf)
pl.show()

3Dモデルをプロットします

以上

参考文献