【vtk学习笔记2】vtk编程中的基本对象与可视化管线

news2024/12/28 1:58:44

一、VTK编程中的基本对象

数据可视化一般需要一个数据源，可以来说具体的算法，如有限元、边界元等，也可以是测量数据，如医学检测数据等。这些基础数据经过变换处理，变成计算机图形流水线支持的数据，最后显示到屏幕上。
在这里插入图片描述
我们先看一段使用VTK渲染的代码：

#include <vtkActor.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkCylinderSource.h>
#include <vtkNamedColors.h>
#include <vtkNew.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>

#include <array>

int main(int, char*[])
{
  vtkNew<vtkNamedColors> colors;

  std::array<unsigned char, 4> bkg{{26, 51, 102, 255}};
  colors->SetColor("BkgColor", bkg.data());

  vtkNew<vtkCylinderSource> cylinder;
  cylinder->SetResolution(8); // 设置圆柱体横截面等边多边形的边数


  vtkNew<vtkPolyDataMapper> cylinderMapper;
  cylinderMapper->SetInputConnection(cylinder->GetOutputPort());

  vtkNew<vtkActor> cylinderActor; // 场景中的Actor对象
  cylinderActor->SetMapper(cylinderMapper);
  cylinderActor->GetProperty()->SetColor(
      colors->GetColor4d("Tomato").GetData());
  cylinderActor->RotateX(30.0);
  cylinderActor->RotateY(-45.0);

  vtkNew<vtkRenderer> renderer; // 渲染器
  renderer->AddActor(cylinderActor);
  renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("BkgColor").GetData());
  renderer->ResetCamera();
  renderer->GetActiveCamera()->Zoom(1.5);

  // 窗口对象
  vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;
  renderWindow->SetSize(300, 300);
  renderWindow->AddRenderer(renderer);
  renderWindow->SetWindowName("Cylinder");

  // 处理鼠标键盘交互对象
  vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor;
  renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

  // 进入事件循环
  renderWindow->Render();
  renderWindowInteractor->Start();

  return EXIT_SUCCESS;
}

这段代码中需要注意以下几个类：

vtkCylinderSource：顾名思义，其生成一个圆柱体，数据类型是多边形几何数据类型vtkPloyData，可认为是我们要处理的原始数据；
vtkPolyDataMapper: 用于渲染vtkPloyData，将输入数据转换为几何图元（点、线、面）进行渲染。vtkPolyDataMapper::SetInputConnection()是VTK可视化管线的输入数据接口，对应的可视化管线的输出数据接口是GetOutputPort()。
vtkActor：该类派生自vtkProp类，数据要在场景中渲染时，并不是直接将数据加入渲染场景，而是以vtkProp的形式存在于渲染场景中。三维场景最常见用的vtkProp子类就是vtkActor。vtkProp依赖于两个对象：一个是vtkMapper对象，负责存放数据和渲染信息；另一个是vtkProperty对象，负责控制颜色、不透明度等参数。另外，vtkActor中还可设置纹理vtkTexture对象，用于纹理贴图。
vtkRenderer：负责管理场景的渲染过程。组成场景的对象包括Prop，照相机和光照都被整合到一个vtkRenderer对象中；
vtkRenderWindow：将窗口与VTK渲染管线连接在一起。不同平台下vtkRenderWindow子类负责管理计算机窗口创建和渲染。Windows下运行VTK程序，实际创建的是vtkWin32OpenGLRenderWindow对象。
vtkRenderWindowInteractor：提供平台独立的响应鼠标、键盘事件交互机制。

二、VTK可视化管线

VTK可视化管线是指用于获取或创建数据、处理数据以及把数据写入文件或者把数据传递给渲染引擎进行显示，这样的一种结构在VTK里称为可视化管线。
可视化管线通常包括以下三个基本要素：

数据对象（Data Object）：这是数据的集合，数据对象表现的数据是可以被可视化管线处理的数据，只有当数据对象被组织成一种结构后，才能被VTK提供的可视化工具处理。
处理对象（Process Object）：负责处理数据对象，生成新的数据，可以直接写入文件，或者经过Mapper变化后传入渲染引擎进行渲染。
数据流方向（Direction of Data Flow）：指数据在可视化管线中的流动方向，从数据源或数据集开始，经过数据处理，最后写入文件或进入渲染引擎进行渲染和显示。

抽象成更一般的VTK可视化管线结构如下图所示：