002：显示DICOM图像（替换掉 vtkImageViewer2 ）

VTK 医学图像处理---DICOM图像显示

对第一个DICOM显示例子的展开（替换掉vtkImageViewer2类）

两个例子实现的效果对比，其中右侧是对第一个例子展开后的显示效果，展示了一个完整的VTK渲染管线的过程。

VTK 医学图像处理---DICOM图像显示

简介：

1 代码对比

2 VTK完整的渲染管线

3 动手测试一下

4 VTK中相机和物体

总结：

简介：

在第000章节VTK的安装中，我们运行了第一个例子，来显示DICOM图像，从而让我们可以快速的看到输入、输出和交互，建立学习兴趣，在该例子中使用vtkImageViewer2来显示DICOM图像，在实际开发中我们基本不会用vtkImageViewer2，因为该类对很多内容进行了封装，使用起来不够灵活，同时也使得我们无法深入理解如何来显示一张DICOM 图像，从这一章开始，我们将完整的熟悉VTK的渲染管线。接下来我们将对vtkImageViewer2进行展开，使用完成的VTK渲染管线来渲染同样的DICOM图像，并开始熟悉VTK中的物体和相机的设置。

本章的组成为，我们先一起来看下vtkImageViewer2显示DICOM图和对vtkImageViewer2展开后的代码对比，读者也可以自己新建项目运行下这两种实现方式。然后我们对展开后的代码进行解释和说明。

1 代码对比

1、第000章节VTK的安装中第一个例子的代码

#include <vtkNew.h>
#include <vtkDICOMImageReader.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
 
void main()
{
	// 读取指定文件夹"D:\\234"内的所有DICOM文件.
	vtkNew<vtkDICOMImageReader> reader;
	reader->SetDirectoryName("D:\\DicomFiles");
	reader->Update();
 
	// 创建一个交互对象，用了处理鼠标和键盘事件
	vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor;
 
	// 显示DICOM数据
	vtkNew<vtkImageViewer2> imageViewer;
	imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
 
	// 初始化渲染和相机
	imageViewer->Render();
	imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
	/* 指定窗口的比较颜色为灰色（.2,.2,.2）*/
	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(.2,.2,.2);  
	/* 设置窗体的大小为宽800，高800*/
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetSize(800, 800);
	/* 设置窗口的标题*/
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("Read DICOM Series");
	imageViewer->Render();
	renderWindowInteractor->Start();
}

2、替换掉vtkImageViewer2类后，展开的代码

#include "vtkImageMapToWindowLevelColors.h"
#include "vtkImageActor.h"
#include "vtkImageMapper3D.h"
#include "vtkImageData.h"
#include <vtkNew.h>
#include <vtkDICOMImageReader.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>

int ImageSlice = 0;
void main()
{
	vtkNew<vtkDICOMImageReader> reader;
	reader->SetDirectoryName("D:\\DicomFiles");
	reader->Update();

	int* ext = reader->GetOutput()->GetExtent();

	// map the input image through a lookup table and window / level it
	vtkNew<vtkImageMapToWindowLevelColors> windowLevel;
	windowLevel->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

	//vtkImageActor: draw an image in a rendered 3D scene
	vtkNew<vtkImageActor> imageActor;
	imageActor->SetDisplayExtent(ext[0], ext[1], ext[2], ext[3], ImageSlice, ImageSlice);
	imageActor->GetMapper()->SetInputConnection(windowLevel->GetOutputPort());

	// The renderer generates the image
    // which is then displayed on the render window.
    // It can be thought of as a scene to which the actor is added
	vtkNew<vtkRenderer> renderer;
	renderer->AddActor(imageActor);
	renderer->SetBackground(.2,.2,.2);

	// The render window is the actual GUI window
    // that appears on the computer screen
	vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;
	renderWindow->SetSize(800, 800);
	renderWindow->AddRenderer(renderer);
	renderWindow->SetWindowName("Dicom Image");

	// The render window interactor captures mouse events
    // and will perform appropriate camera or actor manipulation
    // depending on the nature of the events.
	vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> interactor;
	interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

	// This starts the event loop and as a side effect causes an initial render.
	renderWindow->Render();
	interactor->Start();
}

3、两个代码运行的结果是一样的，都显示了同一张DICOM图像，但显示效果又差异，这个差异是有什么造成的呢？是由以下两行代码造成的，可以通过注释掉这两行代码，重新编译运行看下显示效果，结果和第一个例子的效果是一致的。

windowLevel->SetWindow(300);
windowLevel->SetLevel(40);

大家可以在VTK的源代码中搜索 vtkImageViewer2，会搜索到以下两个文件：

打开vtkImageViewer2.h 后，通过查看其源代码，会发现，该类封装了所有展开后例子中使用的类，各个类之间的使用可查看vtkImageViewer2.cxx中的源码，对于初学者来说，vtkImageViewer2.cxx中的很多代码看起来比较费劲，大家可以先跳过这个环节，等后面对VTK熟悉后，再回过头来查看和学习，通过对vtkImageViewer2的学习，大家可以自己来继承vtkObject对象实现简单的封装。

2 VTK完整的渲染管线

VTK渲染管线，通俗来说就像一节一节的水管，把它们对接起来，连接上水龙头就可以流水了。代码里每个对象就是一节水管，把对象的输入和输出连接起来，就形成了管道，最后启动下，类似连接水龙头，就可以看到渲染的图像，并通过鼠标进行交互了。

在上面的例子里面，

首先是 vtkDICOMImageReader，该类主要负责读取文件夹内的DICOM文件；
然后把读取的数据传递给 vtkImageMapToWindowLevelColors（windowLevel->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());）； vtkImageMapToWindowLevelColors主要负责把输入的数据转换为RGB或RGBA数据，因为DICOM数据很多时候都是short类型的数据，无法直接在显示器上显示，因此要转换为可在显示器显示的RGB类型数据。
将数据转换为RGB类型之后在接上下一个处理的类vtkImageActor（ imageActor->GetMapper()->SetInputConnection(windowLevel->GetOutputPort()); ），vtkImageActor负责如何把RGB类型的数据绘制出来；
然后将imageActor输入给 vtkRenderer，vtkRenderer可以添加多个Actor, 还可以设置窗口的背景颜色，设置相机等；
最后把vtkRenderer传给vtkRenderWindow就结束了，vtkRenderWindow主要用来管理最后显示窗口的。
这里还有个vtkRenderWindowInteractor类，它主要是用来交互的，后面会单独有一个章节来讲这个类。
最后连接并打开水龙头，这两行代码完成： renderWindow->Render(); interactor->Start();

3 动手测试一下

任务一：修改窗体的背景颜色；
任务二：修改 vtkImageMapToWindowLevelColors对象中SetWindow 和 SetLevel的值，观察结果；
任务三：通过查找文档，熟悉vtkImageActor 类中方法 SetDisplayExtent的作用是什么？

4 VTK中相机和物体

通常来说，到这里就要开始讲VTK的坐标系统了，但为了让大家更容易上手，我们还是慢慢来。不同于传统的GDI/GDI+在屏幕上绘制图像，VTK有自己的一套坐标系统，在这里我们主要先熟悉下被渲染的物体（DCIM图像）和相机。在上面的代码中是没有相机的，哪来的相机呢，我们慢慢来，反正大家先在心里记住VTK里面是有一个相机的，要想看到物体，那么相机必须对准物体，屏幕上才可以显示物体。类似下图：

在我们的例子里面，物体就是我们要绘制的DICOM图像，既然要相机对准物体才能显示图像，那我们肯定得先知道物体在哪里，然后根据物体的位置来设置相机。我们可以通过下面的代码来获取物体的坐标信息。先上代码

#include "vtkImageMapToWindowLevelColors.h"
#include "vtkImageActor.h"
#include "vtkImageMapper3D.h"
#include "vtkImageData.h"
#include "vtkNew.h"
#include "vtkDICOMImageReader.h"
#include "vtkRenderWindow.h"
#include "vtkRenderWindowInteractor.h"
#include "vtkRenderer.h"
#include "vtkCamera.h"
int ImageSlice = 0;
void main()
{
	vtkNew<vtkDICOMImageReader> reader;
	reader->SetDirectoryName("D:\\234");
	reader->Update();

	int* ext = reader->GetOutput()->GetExtent();

	// map the input image through a lookup table and window / level it
	vtkNew<vtkImageMapToWindowLevelColors> windowLevel;
	windowLevel->SetWindow(300);
	windowLevel->SetLevel(40);
	windowLevel->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

	//vtkImageActor: draw an image in a rendered 3D scene
	vtkNew<vtkImageActor> imageActor;
	imageActor->SetDisplayExtent(ext[0], ext[1], ext[2], ext[3], ImageSlice, ImageSlice);
	imageActor->GetMapper()->SetInputConnection(windowLevel->GetOutputPort());

	// The renderer generates the image
    // which is then displayed on the render window.
    // It can be thought of as a scene to which the actor is added
	vtkNew<vtkRenderer> renderer;
	renderer->AddActor(imageActor);
	renderer->SetBackground(.2,.2,.2);

	vtkCamera *cam = renderer->GetActiveCamera();
	if (cam)
	{
		// 获取物体在三维空间中的原点，XYZ范围和中心
		vtkImageData* idata = reader->GetOutput();
		double* origins = idata->GetOrigin(); // 三维坐标中的起点
		double* bounds = idata->GetBounds();  // 包围盒的xyz范围
		double* center = idata->GetCenter();  // 中心

		// 输出
		std::cout << "Actor origins: " << origins[0] << "   " << origins[1] << "   " << origins[2] << std::endl;
		std::cout << "Actor center: " << center[0] << "   " << center[1] << "   " << center[2] << std::endl;
		std::cout << "Actor bounds: " << bounds[0] << "   " << bounds[1] << "   " << bounds[2] 
			<< bounds[3] << "   " << bounds[4] << "   " << bounds[5] << std::endl;

		cam->SetFocalPoint(center);
		cam->SetPosition(center[0], center[1], center[2] - bounds[5]); // -1 if medical ?
		cam->SetViewUp(0, 1, 0);
		cam->SetClippingRange(0.1,1000);
		renderer->ResetCamera();
	}

	// The render window is the actual GUI window
    // that appears on the computer screen
	vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;
	renderWindow->SetSize(512, 512);
	renderWindow->AddRenderer(renderer);
	renderWindow->SetWindowName("Dicom Image");

	// The render window interactor captures mouse events
    // and will perform appropriate camera or actor manipulation
    // depending on the nature of the events.
	vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> interactor;
	interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

	// This starts the event loop and as a side effect causes an initial render.
	renderWindow->Render();
	interactor->Start();
}

在我们增加的代码中，我们先获取物体的坐标信息，然后再获取相机，将相机的焦点对准了物体的中心，将相机的位置设置再Z方向上原理物体bounds[5]的位置上，然后设置相机的正方向指向Y轴，最后设置相机的成像范围（SetClippingRange），之后就可以显示图像了。

小任务：通过VTK的官网文档熟悉 vtkImageData 和 vtkCamera两个类，后面我们会重点介绍vtkImageData类