three.jsで読込モデルをポイントクラウド表示してみた

ポイントクラウド（point cloud）とは・・・

点群　＝　点だけで表示すること

3Dモデルの表示方法の１つです。

ここではThree.jsでモデル読込し、
それをポイントクラウド表示する方法をまとめました。

このページの目次

ポイントクラウド表示で大事な２つのポイント
- １．点表示には THREE.Points を使うこと
- ２．負荷軽減のためにMeshを結合（merge）すること
実際に読込モデルをポイントクラウド表示してみた
Three.js（WebGL）関連でのその他記事

ポイントクラウド表示で大事な２つのポイント

まずポイントクラウド表示で大事なことから。

次の２つが重要ポイントです。

１．点表示には THREE.Points を使うこと

複数の点をまとめて表示したい場合・・・

Three.jsには THREE.Points が用意されています。

▼ 公式でのTHREE.Pointsの解説

Constructor
Points( geometry : Geometry, material : Material )
geometry ? (optional) an instance of Geometry or BufferGeometry. Default is a new BufferGeometry.
material ? (optional) a Material. Default is a new PointsMaterial.

引用元　：　https://threejs.org/docs/#api/en/objects/Points

コンストラクタにGeometry（面情報、頂点情報、色、etc...）のインスタンスと、PointsMaterial を渡すことで作成できます。また PointsMaterial から点の大きさ、色、見え方なども超可能です。

２．負荷軽減のためにMeshを結合（merge）すること

次に大事なポイントはこれ。

Meshの結合（merge）すること

これは負荷軽減のために絶対すべきですね。

たとえば簡単なMesh結合の例、こんな感じです、

▼ ２つのMeshを結合するコード例

/// １つめのMesh
var mesh1 = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2));
/// ２つめのMesh
var mesh2 = new THREE.Mesh(new THREE.SphereGeometry(0.5, 8, 8));

/// 結合用のGeometry作成
ar mergedGeometry = new THREE.Geometry();

/// １つめのMeshを追加
mesh1.updateMatrix();
mergedGeometry.merge(mesh1.geometry, mesh1.matrix);

/// ２つめのMeshを追加
mesh1.updateMatrix();
mergedGeometry.merge(mesh2.geometry, mesh2.matrix);

/// １つめのMesh

var mesh1 = new THREE.Mesh(new THREE.BoxGeometry(2, 2, 2));

/// ２つめのMesh

var mesh2 = new THREE.Mesh(new THREE.SphereGeometry(0.5, 8, 8));

/// 結合用のGeometry作成

ar mergedGeometry = new THREE.Geometry();

/// １つめのMeshを追加

mesh1.updateMatrix();

mergedGeometry.merge(mesh1.geometry, mesh1.matrix);

/// ２つめのMeshを追加

mesh1.updateMatrix();

mergedGeometry.merge(mesh2.geometry, mesh2.matrix);

このように Geometry.merge に対して結合したい geometry と material を渡していけばＯＫ。ただし結合させる前に mesh1.updateMatrix() のような呼び出しが必要です。

実際に読込モデルをポイントクラウド表示してみた

では具体的なポイントクラウド表示について。

ここでは次の場合を想定します。

適当な3Dモデルを読み込みする
モデルの全Meshを結合したGeometry作成
そこからポイントクラウド生成＆表示

読込モデルの形式は何でも構いません。

ここではGLTF形式を読込したことにします。

実際に書いてみたコードがこちら。

▼ 読込モデルをポイントクラウド表示するコード例

var loader = new THREE.GLTFLoader();
var path = './duck.glb';
loader.load(path, function(gltf){
  var modelObj = gltf.scene;

  /// モデルをSceneに追加
  scene.add(modelObj);
  
  /// モデルの表示を微調整...
  /// ここでは縮尺（scale）を調整
  var box = new THREE.Box3().setFromObject(modelObj);
  var scale = 1 / (box.max.x - box.min.x) * 10;
  modelObj.scale.set(scale, scale, scale);
  
  /** ポイントクラウドを読込モデルから生成 **/
  var pointCloudGeo = new THREE.Geometry();
  var pointCloudObj3dTypes = [
    'Mesh', 'SkinnedMesh'
  ];
  /// Scene内の全MeshをGeometryに結合する
  scene.traverse(function(obj3d){
    if(pointCloudObj3dTypes.includes(obj3d.type)){
      var geo = new THREE.Geometry()
        .fromBufferGeometry(obj3d.geometry);
      var mesh = new THREE.Mesh(geo, obj3d.material);
      mesh.applyMatrix4(obj3d.matrix);
      mesh.updateMatrix();
      pointCloudGeo.merge(mesh.geometry, mesh.matrix);
    }
  }.bind(this));
  /// 結合が終わったらポイントクラウド生成
  var pointCloud = new THREE.Points(
    pointCloudGeo, new THREE.PointsMaterial({
      /// 点のサイズ
      size: 1, 
      /// 点の色
      color: 0xFFFFFF,
      /// サイズ減退の有無
      sizeAttenuation: false
    })
  );
  /// サイズ調整とかしてSceneに追加
  var box = new THREE.Box3().setFromObject(pointCloud);
  var scale = 1 / (box.max.x - box.min.x) * 10;
  pointCloud.scale.set(scale, scale, scale);
  scene.add(pointCloud);
  
  /// ひとまずモデル自体は非表示に
  modelObj.visible = false;
});

var loader = new THREE.GLTFLoader();

var path = './duck.glb';

loader.load(path, function(gltf){

var modelObj = gltf.scene;

/// モデルをSceneに追加

scene.add(modelObj);

/// モデルの表示を微調整...

/// ここでは縮尺（scale）を調整

var box = new THREE.Box3().setFromObject(modelObj);

var scale = 1 / (box.max.x - box.min.x) * 10;

modelObj.scale.set(scale, scale, scale);

/** ポイントクラウドを読込モデルから生成 **/

var pointCloudGeo = new THREE.Geometry();

var pointCloudObj3dTypes = [

'Mesh', 'SkinnedMesh'

];

/// Scene内の全MeshをGeometryに結合する

scene.traverse(function(obj3d){

if(pointCloudObj3dTypes.includes(obj3d.type)){

var geo = new THREE.Geometry()

.fromBufferGeometry(obj3d.geometry);

var mesh = new THREE.Mesh(geo, obj3d.material);

mesh.applyMatrix4(obj3d.matrix);

mesh.updateMatrix();

pointCloudGeo.merge(mesh.geometry, mesh.matrix);

}

}.bind(this));

/// 結合が終わったらポイントクラウド生成

var pointCloud = new THREE.Points(

pointCloudGeo, new THREE.PointsMaterial({

/// 点のサイズ

size: 1,

/// 点の色

color: 0xFFFFFF,

/// サイズ減退の有無

sizeAttenuation: false

})

);

/// サイズ調整とかしてSceneに追加

var box = new THREE.Box3().setFromObject(pointCloud);

var scale = 1 / (box.max.x - box.min.x) * 10;

pointCloud.scale.set(scale, scale, scale);

scene.add(pointCloud);

/// ひとまずモデル自体は非表示に

modelObj.visible = false;

});

何をしているかはコメントを参照。

全体の大きな流れとして・・・

適当なモデルを読み込み
この例ではGLTFLoaderを使ってGLTFモデルを読み込みしている。ただし読込モデルのフォーマットは STL、PLY、OBJ、etc...なんでもＯＫ。
全Meshを１つのGeometryに結合
コードの15～25行目までの部分。パフォーマンス向上のために Mesh または SkinnedMesh を１つのGeometryに結合している。
ポイントクラウドを生成
コードの26～36行目までの部分。THREE.PointsMaterialから点の大きさ・色・減衰の有無などの設定が可能、あとはSceneに追加するだけ

こういう流れですね。

ポイントクラウド表示の結果はこうなりました。

▼ ポイントクラウド表示する前