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@scomup(Liu Yang)inパナソニック アドバンストテクノロジー株式会社

自作の3D点群ビューアーをオープンソース化してみた

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Last updated at Posted at 2025-01-26

私はSLAMの研究に従事しており、3D点群データなど大規模な3Dオブジェクトを効率的に可視化する必要があるため、自分のニーズを満たすために可視化ライブラリ「q3dviewer」を開発しました。

せっかく作ったので、オープンソース化（MITライセンス）してみました！本記事では「q3dviewer」の活用例を交えながら、使い方を紹介します。多くの方に利用していただけると嬉しいです。

q3dviewerとは

q3dviewerは、3Dビューアを迅速に開発するためのライブラリです。3Dオブジェクト（例えば、点群、カメラ、3Dガウス）を表示するためのアイテムを組み合わせることで、さまざまなビューアをすばやく開発できます。利用例として、cloud_viewer、film_makerなどのとても便利なツールも同梱しています。

特徴

  • 効率的な3Dレンダリング：点群など大規模な3Dデータを効率的に表示可能
  • 豊富な設定：3Dデータを動的に調整するためのGUIがあり、データを美しく表示可能
  • 簡単に拡張：カスタマイズビューアを迅速に開発、独自のオブジェクトの表示も拡張可能

インストール方法

LinuxまたはWindowsの端末で、以下のコマンドを実行するだけでq3dviewerをインストールできます：

ライブラリのみ使用する場合（GUIツールを使わない）：

pip install q3dviewer

GUIツールも使用する場合（cloud_viewer, film_maker など）：

pip install "q3dviewer[tools]"

Python 3.12以上でGUIツールのみ使用する場合：

pipx install "q3dviewer[tools]"
pipx ensurepath
source ~/.bashrc

Windowsでの注意点

  • Python 3の環境を事前に準備してください:
    • Python公式サイトからPython 3をダウンロードしてインストールします。
    • インストール時に「Add Python to PATH」にチェックを入れることを忘れないでください。

Liunxの注意点：

Ubuntu 20.04または22.04で共有ライブラリlibxcb-cursor.so.0の読み込みに関するエラーが発生した場合は、libxcb-cursor0をインストールしてください。

sudo apt-get install libxcb-cursor0

ツール類

インストール後、以下のツールを直接に使用できます。

1. Cloud Viewer

点群ファイル（LAS、PCD、PLY、E57）,メッシュファイル（STL）の可視化ツールです。以下のコマンドで起動できます。

cloud_viewer  # これだけで、viewerが表示される
python3 -m q3dviewer.tools.cloud_viewer #コマンドが長くて、おすすめしませんが、PATHがとおらないとき

Viewerが起動したら、ウィンドウ上にファイルをドラッグ＆ドロップすることで点群を表示できます。複数のファイルを同時にドロップすることも可能です。

基本操作

  • 📁 ファイルの読み込み：ファイルをドラッグ＆ドロップしてビューアに読み込む
    • 点群データ：.pcd, .ply, .las, .e57
    • メッシュデータ：.stl
  • 　📏 距離の計測：選択された点の距離測定
    • Ctrl + 左クリック：計測点を追加
    • Ctrl + 右クリック：最後の点を削除
    • 合計距離は自動的に表示されます
  • 🎥 カメラ操作
    • ダブルクリック：クリックした点をカメラの中心に設定
    • 右ドラッグ：ビューを回転
    • 左ドラッグ：ビューをパン（平行移動）
    • マウスホイール：ズームイン／アウト
  • ⚙️ 設定：‘M’キーを押して設定ウィンドウを開く

例えば、東京都のLAS形式点群をダウンロードして確認できます。

Screenshot from 2025-01-26 23-06-29.png

1.2.4以降、STLファイルも可視化可能になりました。
(中之島図書館)
Screenshot from 2026-02-04 18-32-04.png

キーボードMを押すと、メニューが画面に表示され、いろんな可視化設定を変更できます。点群の形状、サイズ、色、透明度など、さまざまな設定が可能ですので、ぜひ試してみてください。

2. ROS Viewer

ROSとの親和性が高く、RVIZの代わりに、高性能なSLAMビューアとして使用できます。

roscore &
ros_viewer

以下の動画は、私が開発したF4-SLAM(F3-SLAMのバージョンアップ)のROS Viewerです。SLAMから点群を受け取りながら、リアルタイム的に点群を表示します。LiDARの点群を2D画像に投影した様子も可視化しています。

YouTubeの設定で1080pで再生していただくと高精細な映像でご覧いただけます!

とてもキレイな点群地図を作成していますね。F4-SLAMも近くの将来に紹介する予定ですので、ぜひお楽しみにしてください。

3. Film Maker

3D点群などの動画を作成する際、手動でカメラの視点を動かすことがよくありますが、その動作が不規則で美しくないです。そこで、film_makerをお試しください。

簡単なGUIを使っていくつかのキーフレームを設定することで、スムーズな補完を自動で行い、美しい点群動画を作成できます。

以下のコマンドで起動できます。

film_maker

基本操作

  • ファイルのロード＆視点移動：Cloud_Viewerと同じ
  • Spaceキー：キーフレームを追加
  • Deleteキー：キーフレームを削除
  • Playボタン：動画の自動再生（再度押すと再生終了）
  • Recordチェックボックス：チェックした状態で動作を再生すると、自動で録画

Peek2025-02-0412-47-ezgif.com-optimize.gif

京橋駅周辺三次元点群データを使用して、Film Makerで動画を作成する様子

4. Gaussian Viewer

以前の記事で紹介された3D Gaussianの簡易ビューアです。

gaussian_viewer  # drag and drop your gaussian file to windows

viewer-ezgif.com-resize.gif

5. LiDAR Calibration Tools

2つのLiDARの相対姿勢を計算するツールです。相対姿勢を手動で調整したり、自動キャリブレーションを行うことも可能です。

lidar_calib --lidar0=/YOUR_LIDAR0_TOPIC --lidar1=/YOUR_LIDAR1_TOPIC

lidar_to_lidar.png

6. Lidar Camera Calibration Tools

LiDARとカメラの相対姿勢を計算するツールです。相対姿勢を手動で調整し、リアルタイムでLiDARの点を画像に投影する結果を確認できます。

lidar_cam_calib --lidar=/YOUR_LIDAR_TOPIC --camera=/YOUR_CAMERA_TOPIC --camera_info=/YOUR_CAMERA_INFO_TOPIC

manual_lidar_cam_calib.png

ライブラリとしての使用

「q3dviewer」を使って独自の3Dビューアを簡単にカスタマイズ開発できます。以下はコーディング例です。

カスタマイズ3Dビューア

#!/usr/bin/env python3

import q3dviewer as q3d  # q3dviewerをimportする

def main():
    # Qtアプリケーションの作成
    app = q3d.QApplication([])

    # 各種3Dアイテムの作成
    axis_item = q3d.GLAxisItem(size=0.5, width=5)
    grid_item = q3d.GridItem(size=10, spacing=1)

    # ビューアの作成
    viewer = q3d.Viewer(name='example')
    # ビューアにアイテムを追加
    viewer.add_items({
        'grid': grid_item,
        'axis': axis_item,
    })

    # ビューアの表示 & Qtアプリケーションの実行
    viewer.show()
    app.exec_()

if __name__ == '__main__':
    main()

q3dviewerには、以下の3Dアイテムが提供されています。

  • AxisItem: 座標軸、または自己位置の表示
  • CloudItem: 点群の表示
  • CloudIOItem: IO機能付きの点群表示
  • GaussianItem: 3Dガウスの表示
  • GridItem: グリッドの表示
  • ImageItem: 2Dイメージの表示
  • Text2DItem: 2Dテキストの表示
  • LineItem: 線（ロボット軌跡など）の表示

独自アイテムの開発

標準で提供される3Dアイテム以外にも、簡単なコーディングで独自の3Dアイテムも可視化できます。以下はサンプルです。


from OpenGL.GL import *
import numpy as np
import threading
import q3dviewer as q3d

from PySide6.QtWidgets import QLabel, QSpinBox

class YourItem(q3d.BaseItem):
    def __init__(self):
        super(YourItem, self).__init__()
        pass  # 必要な初期化

    def add_setting(self, layout):
        # このアイテムを設定するためのGUI
        label = QLabel("Add your setting:")
        layout.addWidget(label)
        box = QSpinBox()
        layout.addWidget(box)

    def set_data(self, data):
        pass  # データをsetする

    def initialize_gl(self):
        pass  # OpenGLの初期化設定(必要であれば)

    def paint(self):
        pass  # OpenGLを使って3D物体を可視化する

興味のある方は、ぜひ「q3dviewer」をインストールして、試してください。

ソースはGithubに公開しています。

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