点云数据格式bin转为pcd的问题

# 1、问题
常见点云存储方式有`pcd、ply、txt、bin`文件等。kitti数据集的点云是bin格式的，而pcl的数据格式为pcd格式。在使用点云库进行开发时，一般需要将bin格式的点云数据转为pcd格式。网上有很多介绍点云格式如何转换的博客，但是很多的bin2pcd函数的写法都存在小问题，这里记录下我发现的问题并给出解决办法。

# 2、PointXYZI的内存设计
首先介绍下比较PCL中常见的PointXYZI点类型。
`PointXYZI`是一个简单的XYZ坐标加`intensity`的point类型，理想情况下，这4个变量将新建单独一个结构体,并且满足存储对齐，然而由于PCL的大部分操作会把`data[4]`元素设置成0或1(用于变换),不能让intensity与XYZ在同一个结构体中。因为如果这样的话其内容将会被覆盖。
例如两个点的点积会把他们的第4个元素设置成0, 否则该点积没有意义,等等。因此,对于兼容存储对齐用3个额外的浮点数来填补`intensity`,这样在存储方面效率较低但是符合存储对齐要求，运行效率较高。

`PointXYZI`结构体源代码如下:
```
// PointXYZI占32个字节，8个浮点数的空间，但是只有四个有效，其余的为填充
struct PointXYZI {
    union {
        float data[4];
        struct {
            float x;
            float y;
            float z;
        }
    }
    union {
        struct {
            float intensity;
        }
        float data_c[4];
    }
}
```

# 3、问题写法一
## 3.1 问题发现
[方法一](https://blog.csdn.net/zzh516451964zzh/article/details/125916086)生成的pcd文件中，可以正常可视化，但是由于最后一个点存在`x=0,y=0,z=0,intensity=0`的情况，生成深度图时，会出现崩溃问题。

对于使用ascll编码的pcd文件是可以用记事本打开的, 我们打开导致崩溃的pcd文件，可以发现最后一个点是`0 0 0 0`，这将导致创建深度图时出现崩溃(原因未知，或许可以去PCL的github项目下提个issue? 至少不应该崩溃？)：
![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=6426af93ab64411710a485ba)
导致奔溃的截图：
![title](https://leanote.com/api/file/getImage?fileId=6426afdcab64411710a485c1)

## 3.2 问题原因

至于为什么会多出一个`x=0,y=0,z=0,intensity=0`的冗余点，就在于for循环中的eof判断。按照一般思维，应该就是到达文件尾，就eof()应返回true，但事实上，在读完最后一个数据时，eofbit仍然是false。只有当流再往下读取时，发现文件已经到结尾了，才会将标志eofbit修改为true。这也就是为什么使用`input.good() && !input.eof()`还是true，会出多现读一行的原因。可以使用`readfile.peek()==EOF`或者直接使用`while(read(...))`来判断是否到达文件结尾，这样就能避免多读一行。这个问题可以[参考](https://blog.csdn.net/qq_43458555/article/details/126942026)
```
void topcd(string infile,string outfile) {

// load point cloud
    fstream input(infile.c_str(), ios::in | ios::binary);
    if (!input.good()) {
        cerr << "Could not read file: " << infile << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

input.seekg(0, ios::beg);
    pcl::PointCloud<PointXYZI>::Ptr points(new pcl::PointCloud<PointXYZI>);
    int i;
    for (i = 0; input.good() && !input.eof(); i++) {
        PointXYZI point;
        input.read((char*)&point.x, 3 * sizeof(float));
        input.read((char*)&point.intensity, sizeof(float));
        points->push_back(point);
    }
    cout << "Read point cloud with " << i << " points, writing to " << outfile << endl;

pcl::PCDWriter writer;
    // Save DoN features
    writer.write<PointXYZI>(outfile, *points, false);
}

```

# 4、问题写法二
## 4.1 问题发现
[写法二](https://blog.csdn.net/SmallPink0713/article/details/129201592)也是差不多的，能正常可视化和创建深度图，但是打开生成的pcd文件后，发现点的数量减少了一半:

```
void topcd(string infile,string outfile) {

// load point cloud
    fstream input(infile.c_str(), ios::in | ios::binary);
    if (!input.good()) {
        cerr << "Could not read file: " << infile << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

pcl::PointCloud<PointXYZI>::Ptr points(new pcl::PointCloud<PointXYZI>);

pcl::PointXYZI point;
    // 这里实际上是有问题的，sizeof(pcl::PointXYZI)=32，而不是四个浮点数的大小16，会导致漏掉一半的点
    while (input.read(char *)&point.x, sizeof(pcl::PointXYZI)) {
        points->push_back(point);
    }
    input.close();

pcl::PCDWriter writer;

// Save DoN features
    writer.write<PointXYZI>(outfile, *points, false);
}
```

这种写法，使用了while循环避免了直接进行eof判断，不会多读一行导致在pcd文件末尾留下`x=0，y=0，z=0，intensity=0`的点，因此在创建深度图时并不会崩溃，貌似不会出现什么问题。

但是根据前面对于`PointXYZI`的内存模型的介绍，可以知道sizeof(PointXYZI)等于`8*sizeof(float)`，而不是四个浮点数的大小`4*sizeof(float)`, 而bin文件中却并未进行内存对齐，bin文件每个点存储的`xyz+intensity`四个浮点数。

因此，除非bin文件中，也像`PointXYZI`的内存设计一样存在内存对齐，否则直接使用`sizeof(PointXYZI)`进行`read`读取数据就会导致生成的pcd中点的数量减半，且所有的点的`intensity`都是0，这显然不是我们所希望的。

## 4.2 问题解决
- 解决办法就是将
`while (input.read(char *)&point.x, sizeof(pcl::PointXYZI)) `
 改成
`while (input.read((char *)&point.x, 3 * sizeof(float)) && input.read((char *)&point.intensity, sizeof(float)))`。
- **注意**，如果直接改成`while (input.read(char *)&point.x, 4*sizeof(float))`将使得所有的点的`intensity`为0，这也是不对的。

## 4.3 附完整bin2pcd代码
```
//
// Created by libo on 2023/3/23.
// 使用PCL批量将点云.bin文件转.pcd
//

#include <pcl/point_types.h>
#include <pcl/io/pcd_io.h>
#include <pcl/common/io.h>
#include <pcl/io/vtk_io.h>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <string>

using namespace pcl;
using namespace std;

void topcd(string infile,string outfile) {

// load point cloud
    fstream input(infile.c_str(), ios::in | ios::binary);
    if (!input.good()) {
        cerr << "Could not read file: " << infile << endl;
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

//    input.seekg(0, ios::beg);
    pcl::PointCloud<PointXYZI>::Ptr points(new pcl::PointCloud<PointXYZI>);

// 正确写法一
    int i;
    for (i = 0; input.good() && !(input.peek()==EOF); i++) {
        PointXYZI point;
        input.read((char*)&point.x, 3 * sizeof(float));
        input.read((char*)&point.intensity, sizeof(float));
        points->push_back(point);
    }
    cout << "Read point cloud with " << i << " points, writing to " << outfile << endl;

// 正确写法二
    //    pcl::PointXYZI point;
    //    while (input.read((char *)&point.x, 3 * sizeof(float)) && input.read((char *)&point.intensity, sizeof(float))) {
    //        points->push_back(point);
    //    }
    //    input.close();

pcl::PCDWriter writer;

// Save DoN features
    writer.write<PointXYZI>(outfile, *points, false);
}

int main(int argc, char** argv) {
    string binpath = R"(..\..\data_source\kitti\2011_09_26\2011_09_26_drive_0027_sync\velodyne_points\data\)";
    string pcdpath = R"(..\..\data_source\kitti\2011_09_26\2011_09_26_drive_0027_sync\velodyne_points\pcd_data\)";
    vector<boost::filesystem::path> stream(boost::filesystem::directory_iterator{binpath}, boost::filesystem::directory_iterator{});
    sort(stream.begin(), stream.end());
    auto streamIterator = stream.begin();
    int j = 0;
    while(streamIterator != stream.end()){
        string binfile((*streamIterator).string());

stringstream ss;
        string str;
        ss << setw(10) << setfill('0') << j; // 补零
        ss >> str;
        string surfix = ".pcd";
        string pcdfile = pcdpath + str + surfix;

topcd(binfile,pcdfile);
        streamIterator++;
        j++;
    }
    return 0;
}

```

# 5、参考文献
《点云库PCL学习教程》
[点云文件转换——bin文件转pcd](https://blog.csdn.net/SmallPink0713/article/details/129201592)
[使用PCL批量将点云.bin文件转.pcd](https://blog.csdn.net/zzh516451964zzh/article/details/125916086)
[C++ fstream流的eof()使用的问题](https://blog.csdn.net/qq_43458555/article/details/126942026)

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