《重生之我学VTK》-- 基本介绍与相关概念

用户11404404

发布于 2024-12-13 19:51:13

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VTK官方用户手册（中文C++版）附末尾，有需要的直接划到末尾

简介

VTK（Visualization Toolkit）是一个开源的、跨平台的软件系统，主要用于三维计算机图形学、图像处理和可视化。它由 Kitware 公司开发和维护，并得到了广泛的社区支持。VTK 提供了丰富的功能来创建交互式的科学可视化应用，广泛应用于医学成像、地理信息系统、工程分析、教育等领域。

可视化模型

图形模型的主要作用是用图形描述几何体构成的场景，可视化流水线的主要作用是把几

何数据（如立方体的顶点坐标）转换成图形数据和负责构建几何体，VTK 使用数据流的方式

把几何体数据转换成图形数据，主要有两个基本类和数据转换相关，它们是：

vtkDataObject

数据对象表达各种类型的数据，vtkDataObject 可以被看作是一个二进制大块（blob）

数据，结构化的数据可以被认为是一个数据集(dataset) (vtkDataSet 类)。

数据对象由几何和拓扑结构组成（点集和单元集），同时数据对象与属性数据（例如缩

放比例和向量）相关，这些属性数据用于描述数据对象中的点集和单元集的属性（对于一个

办公桌而言，描述桌面的颜色、描述桌腿的颜色），单元集是数据对象的基本组成单位（如

一个立方体对象由若干个三角形构成，这些三角形就是单元集，也可以称为图元），图 1-3 显

示了 VTK 支持的各种属性数据。

vtkProcessObject

过程对象一般也称为过滤器，按照某种运算法则对数据对象进行处理，对数据对象的数

据进行优化，过程对象表现系统中的几何形状，数据对象和过程对象连接在一起形成可视化

流水线(例如，数据流网络）。

在可视化流水线中,主要包括源对象、过滤器对象、映射器对象三种对象：

源对象是可视化流水线的起点，依据数据生成的方式，分为如下两种类型：

过程源对象（通过读数据文件产生数据）；程序源对象（数学表达式或其它的数学方法产生数据）

过滤器对象接收一个或多个数据对象作为输入，对数据对象处理之后生成一个或多个数

据对象作为输出。

映射器（Mapper）对象是可视化流水线的终点，是图形模型和可视化模型之间的接口，

其主要作用是将数据对象转换成图形对象，然后由图形引擎绘制出来，复写器是映射器的一

种类型，作用是将数据写入文件或流。

示例（圆锥体）

大致流程如下：

+--------------------------+
|    启动程序              |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 创建圆锥模型             |
| - 设置圆锥精细度         |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 准备显示模型             |
| - 将圆锥转换为可显示格式 |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 创建图形对象             |
| - 将模型赋予图形对象     |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 创建场景                 |
| - 添加图形对象到场景中   |
| - 设置场景背景颜色       |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 创建窗口                 |
| - 把场景放进窗口里       |
| - 设置窗口大小           |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 创建交互功能             |
| - 让用户可以与窗口互动   |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 显示窗口并开始互动       |
| - 绘制图形               |
| - 等待用户操作           |
+--------------------------+
            |
            v
+--------------------------+
| 结束程序                |
+--------------------------+

首先下载vtk库，可win+R输入

pip install vtk

也可在自己编辑器中下载。

创建圆锥源并设置分辨率：

    # 创建一个圆锥源
    cone_source = vtk.vtkConeSource()
    # 设置分辨率为20
    cone_source.SetResolution(200)

数据转换： vtkPolyDataMapper是 VTK（Visualization Toolkit）中的一个类，用于将vtkPolyDataMapper 数据映射到图形表示中。它是连接数据源和图形渲染的重要桥梁。

    # 创建一个 PolyDataMapper
    mapper = vtk.vtkPolyDataMapper()
    # 将输入设置为圆锥源的输出端口
    mapper.SetInputConnection(cone_source.GetOutputPort())

renderer.AddActor(actor) 是 VTK（Visualization Toolkit）中用于将 vtkActor 添加到 vtkRenderer 的方法。每个 vtkActor 表示一个可以被渲染的对象，而 vtkRenderer 负责管理场景中的所有 Actor，并将它们绘制到窗口中。

    # 创建一个 Actor
    actor = vtk.vtkActor()
    # 将映射器设置为上面的mapper
    actor.SetMapper(mapper)

    # 创建一个 Renderer
    renderer = vtk.vtkRenderer()
    renderer.AddActor(actor)
    renderer.SetBackground(0.1, 0.2, 0.4)  # 设置背景颜色

vtkRenderWindow 是 VTK 中用于管理渲染窗口的核心类之一，它负责将一个或多个 vtkRenderer 的内容绘制到屏幕上。

    # 创建一个 RenderWindow，绘制
    render_window = vtk.vtkRenderWindow()
    # 添加renderer
    render_window.AddRenderer(renderer)
    render_window.SetSize(300, 300)

创建一个VTK（Visualization Toolkit）交互器，并将其与一个渲染窗口关联起来。

    # 创建一个 RenderWindowInteractor
    interactor = vtk.vtkRenderWindowInteractor()
    interactor.SetRenderWindow(render_window)

开始交互

    # 开始交互
    interactor.Initialize()
    render_window.Render()
    interactor.Start()

完整代码

import vtk

def main():
    # 创建一个圆锥源
    cone_source = vtk.vtkConeSource()
    # 设置分辨率为20
    cone_source.SetResolution(200)

    # 创建一个 PolyDataMapper
    mapper = vtk.vtkPolyDataMapper()
    # 将输入设置为圆锥源的输出端口
    mapper.SetInputConnection(cone_source.GetOutputPort())

    # 创建一个 Actor
    actor = vtk.vtkActor()
    # 将映射器设置为上面的mapper
    actor.SetMapper(mapper)

    # 创建一个 Renderer
    renderer = vtk.vtkRenderer()
    renderer.AddActor(actor)
    renderer.SetBackground(0.1, 0.2, 0.4)  # 设置背景颜色

    # 创建一个 RenderWindow，绘制
    render_window = vtk.vtkRenderWindow()
    # 添加renderer
    render_window.AddRenderer(renderer)
    render_window.SetSize(300, 300)

    # 创建一个 RenderWindowInteractor
    interactor = vtk.vtkRenderWindowInteractor()
    interactor.SetRenderWindow(render_window)

    # 开始交互
    interactor.Initialize()
    render_window.Render()
    interactor.Start()

if __name__ == "__main__":
    main()

运行结果