御坂主机 发表于 2024-6-14 12:22:01

Pytorch1.7复现PointNet++点云分割

本帖最后由 御坂主机 于 2024-6-14 12:30 编辑

1. 简介

PointNet++是深度学习领域中用于点云分割的经典网络。它在PointNet的基础上,进一步增强了对点云的局部特征提取能力。本文将详细介绍如何使用Pytorch1.7复现PointNet++,包括环境配置、数据准备、模型构建和训练过程。

1.1 PointNet++简介

PointNet++通过分层抽样和组建来捕捉点云的局部特征,克服了PointNet在处理局部几何特征时的不足。它利用多层次的感受野逐步提取特征,最终实现高效的点云分类和分割。

2. 环境配置

在开始复现PointNet++之前,需要配置好开发环境。这里我们选择使用Pytorch1.7。

2.1 安装Pytorch

首先,安装Pytorch1.7。可以通过以下命令进行安装:

pip install torch==1.7.1 torchvision==0.8.2

2.2 安装其他依赖

除了Pytorch,还需要安装其他一些必要的库:

pip install numpy scipy h5py matplotlib

3. 数据准备

PointNet++通常在ModelNet40数据集上进行测试。我们需要下载并准备该数据集。

3.1 下载数据集

可以从以下链接下载ModelNet40数据集:
http://modelnet.cs.princeton.edu/

3.2 数据预处理

下载的数据需要进行预处理,转换为点云格式并存储为h5文件。可以使用以下脚本进行预处理:

import os
import h5py
import numpy as np
from scipy.spatial import distance

def load_data(DATA_DIR):
    all_data = []
    all_labels = []
    for h5_name in sorted(os.listdir(DATA_DIR)):
      if h5_name.endswith('.h5'):
            with h5py.File(os.path.join(DATA_DIR, h5_name), 'r') as f:
                data = f['data'][:]
                label = f['label'][:]
                all_data.append(data)
                all_labels.append(label)
    all_data = np.concatenate(all_data, axis=0)
    all_labels = np.concatenate(all_labels, axis=0)
    return all_data, all_labels

4. 构建PointNet++模型

4.1 定义PointNet++网络结构

下面定义了PointNet++的网络结构:

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class PointNetSetAbstraction(nn.Module):
    def __init__(self, npoint, radius, nsample, in_channel, mlp):
      super(PointNetSetAbstraction, self).__init__()
      self.npoint = npoint
      self.radius = radius
      self.nsample = nsample
      self.mlp_convs = nn.ModuleList()
      self.mlp_bns = nn.ModuleList()
      last_channel = in_channel
      for out_channel in mlp:
            self.mlp_convs.append(nn.Conv2d(last_channel, out_channel, 1))
            self.mlp_bns.append(nn.BatchNorm2d(out_channel))
            last_channel = out_channel

    def forward(self, xyz, points):
      # Sample and Group points
      # (Omitted for brevity, actual sampling and grouping code should be here)
      pass

class PointNet2(nn.Module):
    def __init__(self, num_classes):
      super(PointNet2, self).__init__()
      self.sa1 = PointNetSetAbstraction(npoint=512, radius=0.2, nsample=32, in_channel=3, mlp=)
      self.sa2 = PointNetSetAbstraction(npoint=128, radius=0.4, nsample=64, in_channel=128 + 3, mlp=)
      self.sa3 = PointNetSetAbstraction(npoint=None, radius=None, nsample=None, in_channel=256 + 3, mlp=)
      self.fc1 = nn.Linear(1024, 512)
      self.bn1 = nn.BatchNorm1d(512)
      self.drop1 = nn.Dropout(0.5)
      self.fc2 = nn.Linear(512, 256)
      self.bn2 = nn.BatchNorm1d(256)
      self.drop2 = nn.Dropout(0.5)
      self.fc3 = nn.Linear(256, num_classes)

    def forward(self, xyz):
      B, _, _ = xyz.shape
      l1_xyz, l1_points = self.sa1(xyz, None)
      l2_xyz, l2_points = self.sa2(l1_xyz, l1_points)
      l3_xyz, l3_points = self.sa3(l2_xyz, l2_points)
      x = l3_points.view(B, 1024)
      x = F.relu(self.bn1(self.fc1(x)))
      x = self.drop1(x)
      x = F.relu(self.bn2(self.fc2(x)))
      x = self.drop2(x)
      x = self.fc3(x)
      return x

5. 训练模型

5.1 定义训练函数

下面定义了一个简单的训练函数:

def train(model, train_loader, criterion, optimizer, epoch):
    model.train()
    for batch_idx, (data, target) in enumerate(train_loader):
      data, target = data.to(device), target.to(device)
      optimizer.zero_grad()
      output = model(data)
      loss = criterion(output, target)
      loss.backward()
      optimizer.step()
      if batch_idx % 10 == 0:
            print(f'Epoch {epoch}, Batch {batch_idx}, Loss: {loss.item()}')

5.2 开始训练

import torch.optim as optim

device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")
model = PointNet2(num_classes=40).to(device)
criterion = nn.CrossEntropyLoss()
optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)

for epoch in range(1, 101):
    train(model, train_loader, criterion, optimizer, epoch)

6. 结论

通过本文的介绍,读者可以了解如何使用Pytorch1.7复现PointNet++点云分割模型。我们详细讲解了环境配置、数据准备、模型构建和训练过程。掌握这些内容后,开发者可以基于PointNet++实现更加复杂和多样的点云处理应用。如果在操作过程中遇到问题,可以参考相关文档和社区资源获取更多帮助。




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