Open3D-ML快速教程【点云分析】

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Open3D-ML 是 3D 机器学习任务 Open3D 的扩展。它建立在 Open3D 核心库之上，并使用机器学习工具扩展 3D 数据处理。Open3D-ML侧重于语义点云细分等应用，并提供可应用于常见任务的预培训模型以及用于训练 的管道。

Open3D-ML 与TensorFlow和PyTorch合作，轻松集成到现有项目中，还提供独立于 ML 框架（如数据可视化） 的一般功能。

1、安装

Open3D-ML 集成在Python版本的Open3D v0.11 中。要使用所有的机器学习功能，你需要安装 PyTorch 或 TensorFlow。Open3D v0.11 与以下版本兼容

  • PyTorch 1.6
  • TensorFlow 2.3
  • CUDA 10.1 （可选）

如果你需要使用不同的版本，我们建议从源码构建 Open3D。

我们提供预制的 pip 包，用于Ubuntu 18.04+ 的 Open3D-ML+，可以使用如下命令安装：

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$ pip install open3d

可以使用如下命令测试安装：

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# with PyTorch
$ python -c "import open3d.ml.torch as ml3d"
# or with TensorFlow
$ python -c "import open3d.ml.tf as ml3d"

2、读取数据集

dataset命名空间包含了用于阅读常见数据集的类。在这里，我们阅读语义KITTI数据集并将其可视化。

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import open3d.ml.torch as ml3d  # or open3d.ml.tf as ml3d

# construct a dataset by specifying dataset_path
dataset = ml3d.datasets.SemanticKITTI(dataset_path='/path/to/SemanticKITTI/')

# get the 'all' split that combines training, validation and test set
all_split = dataset.get_split('all')

# print the attributes of the first datum
print(all_split.get_attr(0))

# print the shape of the first point cloud
print(all_split.get_data(0)['point'].shape)

# show the first 100 frames using the visualizer
vis = ml3d.vis.Visualizer()
vis.visualize_dataset(dataset, 'all', indices=range(100))

3、运行预先训练的模型

在上一个示例的基础上，我们可以使用预先训练的语义分割模型对管道进行即时处理， 并在数据集的点云上运行。请参阅model zoo 获得预训练模型的权重。

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model = ml3d.models.RandLANet()
pipeline = ml3d.pipelines.SemanticSegmentation(model=model, dataset=dataset, device="gpu")

# load the parameters.
pipeline.load_ckpt(ckpt_path='randlanet_semantickitti_202009090354utc.pth', is_train=False)

data = test_split.get_data(0)

# run inference on a single example.
# returns dict with 'predict_labels' and 'predict_scores'.
result = pipeline.run_inference(data)

# evaluate performance on the test set; this will write logs to './logs'.
pipeline.run_test()

4、训练模型

与推理类似，管道为在数据集上训练模型提供了接口。

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# use a cache for storing the results of the preprocessing (default path is './logs/cache')
dataset = ml3d.datasets.SemanticKITTI(dataset_path='/path/to/SemanticKITTI/', use_cache=True)

# create the model with random initialization.
model = RandLANet()

pipeline = SemanticSegmentation(model=model, dataset=dataset, max_epoch=100)

# prints training progress in the console.
pipeline.run_train()

有关更多示例，请参阅examples 和scripts目录。

5、使用预定义的脚本

scripts/semseg.py为在 数据集中培训和评估模型提供了一个容易的接口。它减少了定义特定模型和 传递精确配置的麻烦。

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python scripts/semseg.py {tf/torch} -c <path-to-config> --<extra args>

请注意，extra args的优先级高于配置文件中的相同参数。因此，在启动脚本时，你可以通过命令行 而不是在配置文件中更改参数。

例如：

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# Launch training for RandLANet on SemanticKITTI with torch.
python scripts/semseg.py torch -c ml3d/configs/randlanet_semantickitti.yml --dataset.dataset_path <path-to-dataset> --dataset.use_cache True

# Launch testing for KPConv on Toronto3D with tensorflow.
python scripts/semseg.py tf -c ml3d/configs/kpconv_toronto3d.yml --dataset.dataset_path <path-to-dataset> --model.ckpt_path <path-to-checkpoint>

要获得进一步的帮助，请运行python scripts/semseg.py --help

6、存储库结构

Open3D-ML 的核心部分位于ml3d子目录中，该子目录集成到ml命名空间。除了核心部分外，exsamples和 scripts目录中还提供支持脚本，以便设置训练管道或在数据集商运行网络。

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├─ docs                   # Markdown and rst files for documentation
├─ examples               # Place for example scripts and notebooks
├─ ml3d                   # Package root dir that is integrated in open3d
     ├─ configs           # Model configuration files
     ├─ datasets          # Generic dataset code; will be integratede as open3d.ml.{tf,torch}.datasets
     ├─ utils             # Framework independent utilities; available as open3d.ml.{tf,torch}.utils
     ├─ vis               # ML specific visualization functions
     ├─ tf                # Directory for TensorFlow specific code. same structure as ml3d/torch.
     │                    # This will be available as open3d.ml.tf 
     ├─ torch             # Directory for PyTorch specific code; available as open3d.ml.torch
          ├─ dataloaders  # Framework specific dataset code, e.g. wrappers that can make use of the 
          │               # generic dataset code.
          ├─ models       # Code for models
          ├─ modules      # Smaller modules, e.g., metrics and losses
          ├─ pipelines    # Pipelines for tasks like semantic segmentation
├─ scripts                # Demo scripts for training and dataset download scripts

7、语义分割任务

对于语义分割的任务，我们使用所有类的平均交叉合并 （mIoU） 来衡量不同方法的性能。该表显示了 用于分割任务的可用模型和数据集以及相应的得分。每个分数都链接到相应的权重文件。

|Model / Dataset |SemanticKITTI |Toronto 3D |S3DIS| |—-|—|—|—| |RandLA-Net (tf) |53.7| 69.0| 67.0| |RandLA-Net (torch)| 52.8 |71.2| 67.0| |KPConv (tf) |58.7| 65.6| 65.0| |KPConv (torch)| 58.0| 65.6| 60.0|

8、Model Zoo

有关所有全重文件的完整列表，请参阅model_weights.txt 和 MD5 检查文件model_weights.md5。

9、预置数据集

以下是我们提供Reader的数据集列表：

要下载这些数据集，请访问对应网页并查看scripts/download_datasets 中的脚本。

原文链接：Open3D-ML快速教程 — BimAnt