Voxelization이 필요한 이유

centroid

Voxelization은 pointcloud를 말그대로 voxel화해주는 기능입니다. 위의 그림처럼 여러 개의 point들이 있을 때 공간을 Leaf (혹은 Cell, grid 등 여러 표현이 있으나 PCL에서는 setLeafSize를 통해 voxel size를 지정해주기 때문에 편의 상 Leaf이라고 기술하였습니다)의 크기로 나누어서 그 크기 내의 점들의 평균을 내어 pointcloud를 재 기술해줍니다. 따라서 원래 한 Leaf에 N개의 point가 있었으면 이 N개의 point를 1개의 point로 나타내주기 때문에 효율적으로 pointcloud를 관리할 수 있습니다. 정리하자면 Voxelization을 하면 아래와 같은 두 효과를 볼 수 있습니다.

  • memory-efficient하게 pointcloud를 저장 가능
  • Registration, Filtering 등을 할 때 연산 대상(point)의 수가 줄어들기 때문에, 연산 속도가 굉장히 올라감

ndt

실제로 50x50m 크기의 map과 현재 pointcloud를 Normal Distribution Transform (NDT)로 registration을 할 때 voxel 크기를 어떻게 주냐에 따라서 연산 속도가 어떻게 변하는 지 알 수 있습니다. 하지만 주의하실 점은 Voxel size를 적절히 세팅해주어야 한다는 것입니다. 왜냐하면 voxel size가 크다는 것은 그만큼 map을 간단히 표현하는 것이기 때문에, registration 자체가 부정확해질 수 있기 때문입니다.

How to Downsample via VoxelGrid header

Voxelization을 하는 방법은 아래와 같습니다. (77번째 줄 부터)

결과

결과를 보시면 아래와 같습니다. 왼쪽(빨강)이 raw data이고, 오른쪽(초록) voxelization된 pointcloud입니다.

voxel

실외에서 3D pointcloud로 측정할 수 있는 거리가 약 80m 정도 되기 때문에, 0.2m로 voxelization을 하면 밖에서 보면 티가 잘 나지 않을 수 있습니다.

하지만 확대해서 살펴보면 그 차이를 확인할 수 있습니다.

voxel_zoom

오른쪽(초록)이 좀 더 소(sparse)해진 것을 확인할 수 있습니다.

Point Cloud Library Tutorial 시리즈입니다.

모든 코드는 이 레포지토리에 있고, ros package로 구성되어 있어 build하여 직접 돌려보실 수 있습니다

  1. ROS Point Cloud Library (PCL) - 0. Tutorial 및 기본 사용법
  2. ROS Point Cloud Library (PCL) - 1. Ptr, ConstPtr의 완벽 이해 (1) shared_ptr
  3. ROS Point Cloud Library (PCL) - 1. Ptr, ConstPtr의 완벽 이해 (2) Ptr in PCL
  4. ROS Point Cloud Library (PCL) - 1. Ptr, ConstPtr의 완벽 이해 (3) Ptr in 클래스 멤버변수
  5. ROS Point Cloud Library (PCL) - 2. 형변환 - toROSMsg, fromROSMsg
  6. ROS Point Cloud Library (PCL) - 3. Transformation
  7. ROS Point Cloud Library (PCL) - 4. Viewer로 visualization하는 법
  8. ROS Point Cloud Library (PCL) - 5. Voxelization
  9. ROS Point Cloud Library (PCL) - 6. PassThrough
  10. ROS Point Cloud Library (PCL) - 7. Statistical Outlier Removal
  11. ROS Point Cloud Library (PCL) - 8. KdTree를 활용한 Radius Search
  12. ROS Point Cloud Library (PCL) - 9. KdTree를 활용한 K-nearest Neighbor Search (KNN)
  13. ROS Point Cloud Library (PCL) - 10. Normal Estimation
  14. ROS Point Cloud Library (PCL) - 11. Iterative Closest Point (ICP)
  15. ROS Point Cloud Library (PCL) - 12. Generalized Iterative Closest Point (G-ICP)