Laspy を使用した LAS/LAZ ファイルの効率的なダウンサンプリング: ステップバイステップ ガイド

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Laspy を使用した LAS/LAZ ファイルの効率的なダウンサンプリング: ステップバイステップ ガイド
Laspy を使用した LAS/LAZ ファイルの効率的なダウンサンプリング: ステップバイステップ ガイド

Laspy を使用して LAS データをダウンサンプリングするプロセスを理解する

Python で大きな LAS または LAZ ファイルを操作する場合、効率的な処理と分析にはダウンサンプリングが不可欠です。 ラッピーは、LAS データの読み取り、書き込み、変更のための Python パッケージであり、LAS ヘッダーの作成や編集など、点群データを操作するためのさまざまな方法を提供します。

この例では、データセットから 10 番目ごとにポイントを抽出してデータセットをダウンサンプリングする方法を示します。 ラズ ファイルを作成し、既存のファイルを再利用する ラスヘッダー。これには、特に異なるポイント数を扱う場合に、ヘッダーがデータとどのように対話するかを理解する必要があります。

新たに設立する場合 ラスデータ オブジェクトを既存のヘッダーから取得すると、配列サイズの不一致に遭遇することがよくあります。この不一致は、ヘッダーの point_count 新しいデータと自動的に一致しない場合があります。

課題は、offsets、scale、point_count などのヘッダー属性を手動で変更する必要があるかどうか、あるいはより自動化されたソリューションがあるかどうかを評価することです。この投稿では、を使用してダウンサンプリングするときにこれらの値を適切に更新する方法について説明します。 ラッピー結果として効果的なプロセスが実現します。

指示 使用例
laspy.read() このコマンドは、LAS または LAZ ファイルを LasData オブジェクトに変換します。ファイルから点群データとヘッダー情報を抽出し、Python での変更と処理を可能にします。
np.arange() 一定の間隔で配置されたインデックスの配列を作成します。このシナリオでは、 np.arange(0, len(las.points), 10) は、ロードされた点群データから 10 番目ごとに点を選択します。これはダウンサンプリングに不可欠です。
laspy.LasHeader() このコマンドは、LAS および LAZ データの新しいヘッダーを生成します。ヘッダーは、ポイント形式、バージョン、オフセット、スケールなどの重要なメタデータを提供します。これらは、 ラスデータ
header.offsets 点群データの最小の x、y、z 座標を決定します。これは、点群の参照点を変更するのに役立ち、ダウンサンプリング後の正しいデータ表現が得られます。
header.scales スケール係数を定義することで、x、y、z 値の精度を指定します。ダウンサンプリング後、スケール係数を再計算して変更することは、データの整合性を維持するために重要な場合があります。
copy() オブジェクトの浅いコピーを作成します。この場合、元の点群から既存のヘッダーを転送するために使用され、新しいデータセットへの変更によって元のデータが損傷しないことが保証されます。
downsampled_las.write() このコマンドは、更新された、または新しく形成された点群を書き込むことにより、ダウンサンプリングされた点群を新しい LAS または LAZ ファイルとして保存します。 ラスデータ ファイルに対するオブジェクト。
unittest.TestCase これは、テスト ケースの作成に使用される Python の Unittest フレームワークの基礎クラスです。この記事では、これを使用して、正しいポイント数が維持されることを保証することにより、ダウンサンプリング プロセスをテストします。
self.assertEqual() 単体テストは 2 つの値を比較し、等しくない場合はエラーを返します。この例では、ダウンサンプリングされたポイントの数が予測された数に対応することが保証されます。

Laspy を使用した点群ダウンサンプリングの最適化

この投稿の最初のスクリプトは、 ラズ ファイルは、大きな点群データセットを管理するために必要です。を使用して元のファイルをインポートすると、 laspy.read() 関数を使用すると、点データと、点群に関するメタデータを含むヘッダーにアクセスできます。ダウンサンプリング手法では、10 番目ごとにポイントを選択することで、重要な地理的特性を維持しながらデータセットのサイズを最小限に抑えます。これは次を使用して行われます np.arange() インデックスの配列を構築します。ポイントを選択した後、元のファイルからヘッダーをコピーして、メタデータの互換性を確保します。 ポイントフォーマット そしてバージョン。

ただし、元のヘッダーのポイント数がダウンサンプリングされたデータに対応しない場合、一般的な問題が発生します。これを修正するには、 コピー() 元のヘッダーの浅いコピーを作成し、手動でヘッダーを変更する関数 point_count ダウンサンプリングされたポイントの数を反映するフィールド。新しいヘッダーを作成した後、ダウンサンプリングされたポイントは新しいヘッダーに割り当てられます。 ラスデータ 実際の x、y、z 座標を含むオブジェクト。最後に、 ラスデータ を使用して新しい LAZ ファイルとして保存されます。 書く() 方法。このスクリプトは、より大きな点群からより小さなデータセットを抽出する必要があるユーザーにとって効率的です。

2 番目のスクリプトは、ダウンサンプリングされたデータのオフセットとスケールを自動的に再計算することで、最初のスクリプトを拡張します。点群を操作する場合、オフセットは 3D 空間のデータの原点を示すため、正確なオフセットを持つことが重要です。の ヘッダーのオフセット 属性は、ダウンサンプリングされたポイントからの最小の x、y、z 座標で更新されます。同様に、ポイント データの精度に影響を与えるスケール係数は、 ヘッダー.スケール 属性。このスクリプトは、点群のサイズを最小限に抑えるだけでなく、データが正確で位置合わせされていることを保証し、実用により適したものにします。

最後に、最後のスクリプトは Python を使用した単体テストを示しています。 単体テスト フレームワーク。このスクリプトでは、テスト ケースにより、ダウンサンプリングされたポイント数が予測値に一致するかどうかが判断されます。これは、ダウンサンプリング手順がコンテキストやデータセット全体で一貫して実行されるようにするために重要です。テスト ケースは次を使用して定義されます。 テストケース クラスを使用して比較が行われます。 self.assertEqual() 方法。ワークフローにテストを組み込むことで、ダウンサンプリング手順を大規模なプロジェクトやパイプラインにデプロイする前に、その手順が適切に機能することを確認できます。このスクリプトは、ユーザーが複数の点群ファイルを操作するときに問題や不一致を回避するのに役立ちます。

Laspy を使用した LAZ ファイルのダウンサンプリング: 点群データの処理

この方法では、Python と Laspy パッケージを使用して、古い LAZ ファイルから 10 番目ごとにポイントを抽出し、新しいデータセットのヘッダーの変更を管理します。

import laspy
import numpy as np
from copy import copy
# Load the existing LAZ file
las = laspy.read("input_file.laz")
# Downsample by taking every 10th point
indices = np.arange(0, len(las.points), 10)
downsampled_points = las.points[indices]
# Copy the header and adjust the point count
header = copy(las.header)
header.point_count = len(downsampled_points)
# Create new LasData with downsampled points
d_las = laspy.LasData(header)
d_las.points = downsampled_points
# Write to a new LAZ file
d_las.write("downsampled_output.laz")

LAZ ファイルのダウンサンプリング時のオフセットとスケール調整の自動化

このバージョンの Python は、ダウンサンプリングされたデータに基づいてオフセットとスケールを自動的に再計算します。

import laspy
import numpy as np
# Load the original LAZ file
las = laspy.read("input_file.laz")
# Downsample by taking every 10th point
indices = np.arange(0, len(las.points), 10)
downsampled_points = las.points[indices]
# Create new header and adjust offsets/scales
header = laspy.LasHeader(point_format=las.header.point_format, version=las.header.version)
header.offsets = np.min([las.x[indices], las.y[indices], las.z[indices]], axis=1)
header.scales = np.array([0.01, 0.01, 0.01])  # Set new scales
# Create new LasData and write to file
downsampled_las = laspy.LasData(header)
downsampled_las.points = downsampled_points
downsampled_las.write("downsampled_with_scales.laz")

LAS/LAZ ファイルのダウンサンプリングの単体テスト

この Python スクリプトには、ダウンサンプリング手順が複数のコンテキストにわたって適切に機能することを確認するための単体テストが含まれています。

import unittest
import laspy
import numpy as np
class TestDownsampling(unittest.TestCase):
    def test_downsample_point_count(self):
        las = laspy.read("input_file.laz")
        indices = np.arange(0, len(las.points), 10)
        downsampled_points = las.points[indices]
        self.assertEqual(len(downsampled_points), len(indices))
if __name__ == "__main__":
    unittest.main()

LAS ファイルのメタデータと高度なダウンサンプリング技術の処理

巨大なデータセットを操作する場合、 うるさい、メタデータの管理は、実際の点群データの管理と同様に重要です。の精度を維持する ラスヘッダー ダウンサンプリング後の値は非常に困難です。点群データの座標 (x、y、z) は変化するため、ヘッダーはこれらの変化を反映する必要があります。再計算すると、 オフセット 各次元の最小値を再計算する必要がありますが、 天秤 特にストレージの場合、ポイント データの精度を決定します。

評価すべきもう 1 つの要素は、LAS ファイル内の追加のディメンションの整合性です。追加バイトは通常、強度や GPS 時間など、通常の x、y、z 座標以外の情報を保持するために使用されます。データセットにこれらの追加のディメンションが含まれている場合は、ダウンサンプリング時に処理する必要があります。追加次元のポイント数が、プライマリ データの減少したポイント数に対応することを保証する必要があります。の add_extra_dim の機能 うるさい LAS ヘッダーにカスタム ディメンションを追加できるようになります。

最後に、速度の最適化は、点群をダウンサンプリングするときに考慮すべき重要な要素です。通常、ヘッダーに対する人による調整が必要ですが、効率的なインデックス付けを活用し、配列操作を適用することでプロセスを自動化します。 しびれる プロセスを大幅に加速できます。 ~の力を活用することで、 しびれるを使用すると、パフォーマンスを犠牲にすることなく、膨大なデータセットを迅速に管理できます。これにより、ソリューションをより大きなプロジェクトに拡張したり、複数の LAZ ファイルを処理するためのパイプラインを自動化したりすることができます。

Laspy によるダウンサンプリングに関するよくある質問

  1. 配列の次元の不一致を処理するにはどうすればよいですか LasData?
  2. これを解決するには、次のことを確認してください。 point_count ヘッダー内の は、ダウンサンプリングされたデータ内の実際のポイント数に対応します。必要に応じてカウントを手動で変更します。
  3. 常に再計算する必要がありますか offsets そして scales ダウンサンプリング後?
  4. はい、特に巨大なデータセットの場合、これらの値を再計算する必要があります。の offsets は新しい最小値を表し、 scales データの精度を保証します。
  5. できる laspy LAS ファイル内の追加の寸法を処理しますか?
  6. はい、さらに多くのディメンションを管理できます。 add_extra_dim の特徴 LasHeader、強度や GPS 時間などのカスタム ディメンションを設定できます。
  7. numpy ダウンサンプリングに必要 laspy?
  8. 必ずしも必須ではありませんが、 numpy インデックスを効率的に生成し、配列を操作することで、大規模なデータセットの処理を容易にします。
  9. ダウンサンプリングプロセスを高速化するにはどうすればよいですか?
  10. 使用 numpy 配列操作を実行し、効率的にインデックスを作成します。これにより、巨大な点群を操作する際のパフォーマンスが向上します。

効果的なダウンサンプリングのための重要なポイント

ダウンサンプリング時の寸法の不一致を避けるため ラズ を含むファイル うるさいpoint_count プロパティはヘッダーで手動で調整する必要があります。オフセットとスケールを再計算すると、新しいデータが適切に表現されることが保証されます。

ヘッダー変更などの一部のコンポーネントは手動介入が必要ですが、その他のコンポーネントは次の方法で自動化できます。 しびれる 速度を最大化し、巨大なデータセットを管理します。単体テストにより、ダウンサンプリング ワークフローの堅牢性が強化され、実際の状況での効率が向上します。