python + OpenGLでディスプレイなしで3Dレンダリング結果を保存

pythonで、3Dモデルを作って光源を設定してレンダリングしたい場合がある。

有名どころのOpenGLにはPyOpenGLというpython APIを提供するライブラリがあるが、OpenGLはそもそもディスプレイなしでレンダリングができない。しかしやりたいことによってはディスプレイ表示なしで画像のmatrixを直接触ったり、画像を保存したいことがある。

他のレンダリングソフトで python API の存在するblenderはblenderの外側から叩くことができない（blenderを立ち上げることなく、python hogehoge.pyとすることができない）。

両方とも、いくつかのQiitaやstackoverflowで同様の試みに関する記事がいくつかあったが、2018年12月現在では記事が古くリンク切れを起こしていたりしてうまく動かせなかった（なのでリンクは張らない）。

動作環境

• macOS: Mojave version 10.14.
• OpenGL: Macプリインストール。 version 2.1 INTEL-12.2.17
• python 3 on anaconda 4.0.0

手順

1. PyOpenGLをインストール

pip install PyOpenGL PyOpenGL_accelerate

version 3.1.0を入れた。

PyOpenGL Installation

2. GLFWをインストール

brew tap homebrew/versions
brew install glfw3

GLFW - An OpenGL library

3. glfw (pythonライブラリ)をインストール

pip install glfw

versionは1.7.0。

glfw

動作コード例

これで準備ができた。 VISIBLEをFalseにしてwindowsを作成し、 glReadPixels でデータを取得できる。

import cv2
import numpy as np
from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GLU import *
import glfw
light_ambient = [0.25, 0.25, 0.25]
light_position = [-10, 5, 0, 2]
def main():
    DISPLAY_WIDTH = 900
    DISPLAY_HEIGHT = 900
# Initialize the library
    if not glfw.init():
        return
    # Set window hint NOT visible
    glfw.window_hint(glfw.VISIBLE, False)
    # Create a windowed mode window and its OpenGL context
    window = glfw.create_window(DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT, "hidden window", None, None)
    if not window:
        glfw.terminate()
        return
# Make the window's context current
    glfw.make_context_current(window)
gluPerspective(90, (DISPLAY_WIDTH / DISPLAY_HEIGHT), 0.01, 12)
glEnable(GL_TEXTURE_2D)
    glEnable(GL_DEPTH_TEST)
    glDepthFunc(GL_LEQUAL)
glLightfv(GL_LIGHT0, GL_AMBIENT, light_ambient)     # 環境光
    glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_position)   # 光源の位置
    glEnable(GL_LIGHT0)
    glEnable(GL_LIGHTING)
glRotatef(-90, 1, 0, 0) # Straight rotation
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT)
    glRotatef(285, 0, 0, 1) # Rotate yaw
    glTranslatef(-5, -3, -2) # Move to position
# Draw rectangle
    glBegin(GL_QUADS)
    glColor3f(1, 0, 0)
    glVertex3f(2, 2, 0)
    glVertex3f(2, 2, 2)
    glVertex3f(2, 6, 2)
    glVertex3f(2, 6, 0)
    glEnd()
image_buffer = glReadPixels(0, 0, DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT, OpenGL.GL.GL_RGB, OpenGL.GL.GL_UNSIGNED_BYTE)
    image = np.frombuffer(image_buffer, dtype=np.uint8).reshape(DISPLAY_WIDTH, DISPLAY_HEIGHT, 3)
cv2.imwrite("image.png", image)
glfw.destroy_window(window)
    glfw.terminate()
if __name__ == "__main__":
    main()

ここを参考にした。

将来記事が古くなる可能性があるので、できなかった場合ご容赦ください。