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VTK基础教程（1）- vtkPolyData 介绍

作者：代码探险家 | 2024-08-18 05:07:43

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vtk

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VTK的编译与环境搭建

VTK一般渲染流程

VTK数据类型-vtkPolyData

使用vtk自带的多边形数据

 使用自己创建的数据

添加顶点颜色

添加面颜色

VTK的编译与环境搭建

这部分目前已经有了大佬做了成熟的傻瓜式配置，大家可以参考这篇文章：VTK+VS2019(或其他版本均可) 傻瓜式一站式 配置_Nancy_fairy的博客-CSDN博客_vs2019 vtk

VTK一般渲染流程

这部分的介绍也很多，大家可以参考这篇文章：VTK笔记-了解VTK_黑山老妖的博客-CSDN博客_vtk应用领域最近，重新学习了VTK相关内容，网上资料质量参差不齐，自己从多处搜集资料，整理记录之；VTK简介Vtk，（visualization toolkit）是一个开源的免费软件系统，主要用于三维计算机图形学、图像处理和可视化。Vtk是在面向对象原理的基础上设计和实现的，它的内核是用C++构建的，包含有大约250,000行代码，2000多个类，还包含有几个转换界面，因此也可以自由的通过Java，Tcl/Tk和Python各种语言使用vtk。视觉化工具函式库（VTK，Visualization Toolkit）https://blog.csdn.net/liushao1031177/article/details/115503446

VTK数据类型-vtkPolyData

多边形数据集主要由顶点、多顶点、线、折线和三角形地带等单元组成。
顶点、线和多边形构成了用来表达0、1和2维几何图形的基本要素的最小集合。特别是三角形带，表达N个三角形仅需N+2个点，且大多数图形渲染三角形带速度极快。


使用vtk自带的多边形数据

vtk自带很多的成熟的多边形数据，包括圆柱，球体，锥体等。我们仅需设置几个属性就可以使用现成的数据创建模型并显示。以下为创建显示锥体的代码

  1. void SimpleVtk()
  2. {
  3. 	vtkConeSource* source = vtkConeSource::New();
  4. 	source->SetHeight(13);
  5. 	source->SetRadius(5);
  6.  
  7. 	vtkPolyDataMapper* coneMapper = vtkPolyDataMapper::New();
  8. 	coneMapper->SetInputConnection(source->GetOutputPort());
  9.  
  10. 	vtkActor* coneActor = vtkActor::New();
  11. 	coneActor->SetMapper(coneMapper);
  12.  
  13. 	vtkRenderer* render = vtkRenderer::New();
  14. 	vtkRenderWindow* renwin = vtkRenderWindow::New();
  15. 	vtkRenderWindowInteractor* iren = vtkRenderWindowInteractor::New();
  16.  
  17. 	render->AddActor(coneActor);
  18. 	render->SetBackground(0.8, 0.4, 0.4);
  19.  
  20. 	renwin->AddRenderer(render);
  21.  
  22. 	iren->SetRenderWindow(renwin);
  23. 	iren->Initialize();
  24. 	iren->Start();
  25.  
  26. 	source->Delete();
  27. 	coneMapper->Delete();
  28. 	coneActor->Delete();
  29. 	render->Delete();
  30. 	renwin->Delete();
  31. 	iren->Delete();
  32. }

首先创建锥体资源，并设置其属性，紧接着将其传递给映射器，映射器将结果传递给渲染组件进行渲染显示。以下为运行的结果：

 使用自己创建的数据

当然有时候默认的模型会不够用，我们想要自己创建模型。以下为创建一个四面体的代码：

  1. void makePolyData()
  2. {
  3. 	vtkPoints* points = vtkPoints::New();
  4. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0);
  5. 	points->InsertNextPoint(1.0, 0.0, 0.0);
  6. 	points->InsertNextPoint(0.0, 1.0, 0.0);
  7. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 1.0);
  8.  
  9. 	vtkTriangle* tran1 = vtkTriangle::New();
  10. 	tran1->GetPointIds()->SetId(0, 0);
  11. 	tran1->GetPointIds()->SetId(1, 1);
  12. 	tran1->GetPointIds()->SetId(2, 2);
  13. 	
  14. 	vtkTriangle* tran2 = vtkTriangle::New();
  15. 	tran2->GetPointIds()->SetId(0, 0);
  16. 	tran2->GetPointIds()->SetId(1, 1);
  17. 	tran2->GetPointIds()->SetId(2, 3);
  18.  
  19. 	vtkTriangle* tran3 = vtkTriangle::New();
  20. 	tran3->GetPointIds()->SetId(0, 0);
  21. 	tran3->GetPointIds()->SetId(1, 2);
  22. 	tran3->GetPointIds()->SetId(2, 3);
  23.  
  24. 	vtkTriangle* tran4 = vtkTriangle::New();
  25. 	tran4->GetPointIds()->SetId(0, 1);
  26. 	tran4->GetPointIds()->SetId(1, 2);
  27. 	tran4->GetPointIds()->SetId(2, 3);
  28.  
  29. 	vtkCellArray* cells = vtkCellArray::New();
  30. 	cells->InsertNextCell(tran1);
  31. 	cells->InsertNextCell(tran2);
  32. 	cells->InsertNextCell(tran3);
  33. 	cells->InsertNextCell(tran4);
  34.  
  35. 	vtkPolyData* source = vtkPolyData::New();
  36. 	source->SetPoints(points);
  37. 	source->SetPolys(cells);
  38.  
  39. 	vtkPolyDataMapper* coneMapper = vtkPolyDataMapper::New();
  40. 	coneMapper->SetInputData(source);
  41.  
  42. 	vtkActor* coneActor = vtkActor::New();
  43. 	coneActor->SetMapper(coneMapper);
  44.  
  45. 	vtkRenderer* render = vtkRenderer::New();
  46. 	vtkRenderWindow* renwin = vtkRenderWindow::New();
  47. 	vtkRenderWindowInteractor* iren = vtkRenderWindowInteractor::New();
  48.  
  49. 	render->AddActor(coneActor);
  50. 	render->SetBackground(0.8, 0.4, 0.4);
  51.  
  52. 	renwin->AddRenderer(render);
  53.  
  54. 	iren->SetRenderWindow(renwin);
  55. 	iren->Initialize();
  56. 	iren->Start();
  57.  
  58. 	points->Delete();
  59. 	tran1->Delete();
  60. 	tran2->Delete();
  61. 	tran3->Delete();
  62. 	tran4->Delete();
  63. 	cells->Delete();
  64. 	source->Delete();
  65. 	coneMapper->Delete();
  66. 	coneActor->Delete();
  67. 	render->Delete();
  68. 	renwin->Delete();
  69. 	iren->Delete();
  70. }

首先创建点资源，并通过InsertNextPoint方法添加坐标点，其次创建四面体的四个三角形，通过GetPointIds()->SetId()方法设置点的索引，然后再将四个三角形通过InsertNextCell方法添加进多边形单元中。再然后将点资源和多边形单元添加到vtkPolyData中，将Data置入渲染流程即可显示这个四面体。以下为输出的结果：

 很显然这种生成方式略显繁琐，vtk可以添加三角形带进入多边形单元中。一般情况下的3D模型都是由三角形带组成的，且三角形带非常节约资源且渲染速度快。以下为三角形带的代码：

  1. void makePolyData2()
  2. {
  3. 	vtkPoints* points = vtkPoints::New();
  4. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0);
  5. 	points->InsertNextPoint(1.0, 0.0, 0.0);
  6. 	points->InsertNextPoint(0.0, 1.0, 0.0);
  7. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 1.0);
  8.  
  9. 	vtkCellArray* array = vtkCellArray::New();
  10. 	array->InsertNextCell(6);
  11.  
  12. 	array->InsertCellPoint(1);
  13. 	array->InsertCellPoint(3);
  14. 	array->InsertCellPoint(0);
  15. 	array->InsertCellPoint(2);
  16. 	array->InsertCellPoint(1);
  17. 	array->InsertCellPoint(3);
  18.  
  19. 	vtkPolyData* source = vtkPolyData::New();
  20. 	source->SetPoints(points);
  21. 	source->SetStrips(array);
  22.  
  23. 	vtkPolyDataMapper* coneMapper = vtkPolyDataMapper::New();
  24. 	coneMapper->SetInputData(source);
  25.  
  26. 	vtkActor* coneActor = vtkActor::New();
  27. 	coneActor->SetMapper(coneMapper);
  28.  
  29. 	vtkRenderer* render = vtkRenderer::New();
  30. 	vtkRenderWindow* renwin = vtkRenderWindow::New();
  31. 	vtkRenderWindowInteractor* iren = vtkRenderWindowInteractor::New();
  32.  
  33. 	render->AddActor(coneActor);
  34. 	render->SetBackground(0.8, 0.4, 0.4);
  35.  
  36. 	renwin->AddRenderer(render);
  37.  
  38. 	iren->SetRenderWindow(renwin);
  39. 	iren->Initialize();
  40. 	iren->Start();
  41.  
  42. 	points->Delete();
  43. 	array->Delete();
  44. 	source->Delete();
  45. 	coneMapper->Delete();
  46. 	coneActor->Delete();
  47. 	render->Delete();
  48. 	renwin->Delete();
  49. 	iren->Delete();
  50. }

通过InsertCellPoint方法将点的索引添加进三角带中，在资源中使用SetStrips添加三角带。以下为渲染结果：

添加顶点颜色

 既然我们已经成功的生成了四面体，但他是灰色的，显然不是很好看。以下为添加颜色显示的代码，首先是添加顶点颜色：

  1. void makePolyDataAndSetColor()
  2. {
  3. 	unsigned char red[3] = { 255, 0, 0 };
  4. 	unsigned char green[3] = { 0, 255, 0 };
  5. 	unsigned char blue[3] = { 0, 0, 255 };
  6.  
  7. 	vtkPoints* points = vtkPoints::New();
  8. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0);
  9. 	points->InsertNextPoint(1.0, 0.0, 0.0);
  10. 	points->InsertNextPoint(0.0, 1.0, 0.0);
  11. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 1.0);
  12.  
  13. 	vtkCellArray* array = vtkCellArray::New();
  14. 	array->InsertNextCell(6);
  15.  
  16. 	array->InsertCellPoint(1);
  17. 	array->InsertCellPoint(3);
  18. 	array->InsertCellPoint(0);
  19. 	array->InsertCellPoint(2);
  20. 	array->InsertCellPoint(1);
  21. 	array->InsertCellPoint(3);
  22.  
  23. 	vtkUnsignedCharArray* pointsColors = vtkUnsignedCharArray::New();
  24. 	pointsColors->SetNumberOfComponents(3);
  25. 	pointsColors->InsertNextTypedTuple(red);
  26. 	pointsColors->InsertNextTypedTuple(green);
  27. 	pointsColors->InsertNextTypedTuple(blue);
  28. 	pointsColors->InsertNextTypedTuple(red);
  29.  
  30. 	vtkPolyData* source = vtkPolyData::New();
  31. 	source->SetPoints(points);
  32. 	source->SetStrips(array);
  33. 	source->GetPointData()->SetScalars(pointsColors);
  34.  
  35. 	vtkPolyDataMapper* coneMapper = vtkPolyDataMapper::New();
  36. 	coneMapper->SetInputData(source);
  37.  
  38. 	vtkActor* coneActor = vtkActor::New();
  39. 	coneActor->SetMapper(coneMapper);
  40.  
  41. 	vtkRenderer* render = vtkRenderer::New();
  42. 	vtkRenderWindow* renwin = vtkRenderWindow::New();
  43. 	vtkRenderWindowInteractor* iren = vtkRenderWindowInteractor::New();
  44.  
  45. 	render->AddActor(coneActor);
  46. 	render->SetBackground(0.8, 0.4, 0.4);
  47.  
  48. 	renwin->AddRenderer(render);
  49.  
  50. 	iren->SetRenderWindow(renwin);
  51. 	iren->Initialize();
  52. 	iren->Start();
  53.  
  54. 	points->Delete();
  55. 	array->Delete();
  56. 	pointsColors->Delete();
  57. 	source->Delete();
  58. 	coneMapper->Delete();
  59. 	coneActor->Delete();
  60. 	render->Delete();
  61. 	renwin->Delete();
  62. 	iren->Delete();
  63. }

新建一个unsignedchar数组作为颜色资源，将颜色通过InsertNextTypedTuple()方法加入到颜色资源中。然后将顶点颜色资源通过GetPointData()->SetScalars()方法加入到polyData中。以下为渲染结果：

添加面颜色

当然我们也可以给每个面添加纯色：

  1. void makePolyDataAndSetColor2()
  2. {
  3. 	unsigned char red[3] = { 255, 0, 0 };
  4. 	unsigned char green[3] = { 0, 255, 0 };
  5. 	unsigned char blue[3] = { 0, 0, 255 };
  6.  
  7. 	vtkPoints* points = vtkPoints::New();
  8. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0);
  9. 	points->InsertNextPoint(1.0, 0.0, 0.0);
  10. 	points->InsertNextPoint(0.0, 1.0, 0.0);
  11. 	points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 1.0);
  12.  
  13. 	vtkTriangle* tran1 = vtkTriangle::New();
  14. 	tran1->GetPointIds()->SetId(0, 0);
  15. 	tran1->GetPointIds()->SetId(1, 1);
  16. 	tran1->GetPointIds()->SetId(2, 2);
  17.  
  18. 	vtkTriangle* tran2 = vtkTriangle::New();
  19. 	tran2->GetPointIds()->SetId(0, 0);
  20. 	tran2->GetPointIds()->SetId(1, 1);
  21. 	tran2->GetPointIds()->SetId(2, 3);
  22.  
  23. 	vtkTriangle* tran3 = vtkTriangle::New();
  24. 	tran3->GetPointIds()->SetId(0, 0);
  25. 	tran3->GetPointIds()->SetId(1, 2);
  26. 	tran3->GetPointIds()->SetId(2, 3);
  27.  
  28. 	vtkTriangle* tran4 = vtkTriangle::New();
  29. 	tran4->GetPointIds()->SetId(0, 1);
  30. 	tran4->GetPointIds()->SetId(1, 2);
  31. 	tran4->GetPointIds()->SetId(2, 3);
  32.  
  33. 	vtkCellArray* cells = vtkCellArray::New();
  34. 	cells->InsertNextCell(tran1);
  35. 	cells->InsertNextCell(tran2);
  36. 	cells->InsertNextCell(tran3);
  37. 	cells->InsertNextCell(tran4);
  38.  
  39. 	vtkUnsignedCharArray* cellColors = vtkUnsignedCharArray::New();
  40. 	cellColors->SetNumberOfComponents(3);
  41. 	cellColors->InsertNextTypedTuple(red);
  42. 	cellColors->InsertNextTypedTuple(green);
  43. 	cellColors->InsertNextTypedTuple(blue);
  44. 	cellColors->InsertNextTypedTuple(red);
  45.  
  46. 	vtkPolyData* source = vtkPolyData::New();
  47. 	source->SetPoints(points);
  48. 	source->SetPolys(cells);
  49. 	source->GetCellData()->SetScalars(cellColors);
  50.  
  51. 	vtkPolyDataMapper* coneMapper = vtkPolyDataMapper::New();
  52. 	coneMapper->SetInputData(source);
  53.  
  54. 	vtkActor* coneActor = vtkActor::New();
  55. 	coneActor->SetMapper(coneMapper);
  56.  
  57. 	vtkRenderer* render = vtkRenderer::New();
  58. 	vtkRenderWindow* renwin = vtkRenderWindow::New();
  59. 	vtkRenderWindowInteractor* iren = vtkRenderWindowInteractor::New();
  60.  
  61. 	render->AddActor(coneActor);
  62. 	render->SetBackground(0.8, 0.4, 0.4);
  63.  
  64. 	renwin->AddRenderer(render);
  65.  
  66. 	iren->SetRenderWindow(renwin);
  67. 	iren->Initialize();
  68. 	iren->Start();
  69.  
  70. 	points->Delete();
  71. 	cellColors->Delete();
  72. 	tran1->Delete();
  73. 	tran2->Delete();
  74. 	tran3->Delete();
  75. 	tran4->Delete();
  76. 	cells->Delete();
  77. 	source->Delete();
  78. 	coneMapper->Delete();
  79. 	coneActor->Delete();
  80. 	render->Delete();
  81. 	renwin->Delete();
  82. 	iren->Delete();
  83. }

 这次用的是GetCellData()->SetScalars()方法将面颜色传递给各个面。渲染结果如下：

 大家也可以试试同时添加顶点颜色和面颜色是什么效果。

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