Python中.stl文件的填充式体素化实现求助

你的核心问题是Open3D生成的体素仅包含表面网格，未填充内部空间。以下是两种无需自行实现填充算法的现成方案：

方案一：使用trimesh + scipy #

trimesh的体素化工具默认基于射线追踪判断体素是否在模型内部，配合scipy的孔洞填充可确保体素完全实心：

import trimesh
import numpy as np
from scipy.ndimage import binary_fill_holes

# 加载并归一化STL模型
mesh = trimesh.load("../Sample_Model/backpack_hook.stl")
scale = 1 / np.max(mesh.bounds[1] - mesh.bounds[0])
mesh.apply_scale(scale)
mesh.apply_translation(-mesh.centroid)

# 生成实心体素矩阵
voxel_size = 0.05
voxels = mesh.voxelized(voxel_size).matrix

# 补全可能的内部空缺
filled_voxels = binary_fill_holes(voxels).astype(np.int8)

# 可视化切片
import matplotlib.pyplot as plt
plt.imshow(filled_voxels[:, :, 3], interpolation='nearest')
plt.show()

方案二：使用pyvista #

pyvista的voxelize方法直接支持生成实心体素网格，无需额外处理：

import pyvista as pv
import numpy as np

# 加载并归一化STL模型
mesh = pv.read("../Sample_Model/backpack_hook.stl")
scale = 1 / np.max(mesh.bounds[1::2] - mesh.bounds[::2])
mesh.scale(scale, center=mesh.center)

# 生成实心体素网格
voxel_size = 0.05
voxel_grid = mesh.voxelize(voxel_size, check_surface=False)

# 转换为二进制numpy数组
filled_voxels = voxel_grid.active_scalars.reshape(voxel_grid.dimensions).T.astype(np.int8)

# 可视化切片
import matplotlib.pyplot as plt
plt.imshow(filled_voxels[:, :, 3], interpolation='nearest')
plt.show()

原代码问题说明 #

Open3D的VoxelGrid.create_from_triangle_mesh仅标记与三角网格表面相交的体素，不会检测模型内部空间，因此只能得到表面体素，无法满足体积表示需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ChopStick