VTK笔记-CT图像获取皮肤等值面-vtkContourFilter类的使用

本文中关于等值面的处理的内容大部分转载于CSDN博主「知乎：C加加辅导袁老师」的原创文章《vtkContourFilter等值面（线）》；
原文链接：https://blog.csdn.net/calmreason/article/details/102959607

vtkContourFilter

过滤器vtkContourFilter用于从数据中抽取一系列等值面。
抽取轮廓的操作对象是标量数据。其思想是：将数据集中标量值等于某一指定恒量值的部分提取出来。对于3D的数据集而言，产生的是一个等值面；对于2D的数据集而言，产生的是一个等值线。其典型的应用有气象图中的等温线、地形图中的等高线。对于医学数据而言，不同的标量值代表的是人体的不同部分，因而可以分别提取出人的皮肤或骨头。
提取等值线需要vtkContourFilter过滤器，输入数据源，设置等值线，更新即可得到等值线数据。
vtkContourFilter 可以接受任意数据集类型作为输入，因而具有 一般性。使用vtkContourFilter 时，除了需要设置输入数据集外，还需要指定一个或多个用于抽取的标量值。
抽取等值面的功能可以使用如下两种方法进行实现：

SetValue

1. 逐个设置抽取值。该方法有个两个参数：第一个参数是抽取值的索引号，表示第几个 抽取值。索引号从0开始计数；第二个参数就是指定的抽取值。
2. SetValue(i,value) i表示第几条等值线，从0开始计算，value表示等值线的值。
3. 多边形的每个点都有一个属性值，两个相邻的属性值之间要先通过插值，再把这些属性值作为该函数的输入。
4. 如SetValue(0,5) 画一条等值为5的等值线两个相邻的点的属性值为3和6，则先插值为（3,4,5,6），所以该先应该经过这条边的2/3处。

GenerateValues

1. 自动产生一系列抽取值。该方法有三个参数：第一个参数是抽取值的个数，后面两个参数是抽取值的取值范围。
   例如： vtkSmartPointer contours = vtkSmartPointer::New();
   contours->GenerateValues(5.0, 0.0, 1.2);
   最终产生的抽取值为0.0， 0.3， 0.6， 0.9和1.0，这是一个等差数列。

SetValue与GenerateValues的区别与联系

这两个函数的不同之处在于SetValue设置一条等值线值，而GenerateValues对应n条等值线的值，同时数量n包括两个边界值，其余n-2条等值线的值自动按照线性关系产生。
SetValue和GenerateValues函数根据先后调用关系产生覆盖，即后调用的函数产生的等值线可能覆盖掉先调用函数产生的等值线，这与等值线的条数(GetNumberOfContours)相关。
例如：首先调用GenerateValues(3, 100, 300)产生3条等值线，分别为100、200、300；然后调用SetValue(0, 125)，则最终效果为共有3条等值线，分别为125、200、300；如果改为调用SetValue(3, 400)，则最终效果为共有4条等值线，分别为100、200、300、400。
SetValue一般用于覆盖某一条已经存在的等值线，或者增加一条等值线；GenerateValues一般重新设置等值线的条数。
等值线示例

m_contourFilter->SetValue(0, 1);// 设置值为1的等值线
m_contourFilter->SetValue(1, 2);// 设置值为2的等值线
m_contourFilter->SetValue(2, 3);// 设置值为3的等值线
m_contourFilter->SetValue(3, 4);// 设置值为4的等值线
m_contourFilter->SetValue(4, 5);// 设置值为5的等值线
m_contourFilter->SetValue(5, 6);// 设置值为6的等值线
m_contourFilter->SetValue(6, 7);// 设置值为7的等值线
m_contourFilter->Update(); // 计算出轮廓数据
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2
3
4
5
6
7
8

不同值之间如果差距过大，中间总是会被插入对应的等值线：

如下图所示，0和5之间插入了4条等值线。这个时候等值线已经无法体现轮廓的效果。

实例

具体步骤：
1.使用类vtkVolume16Reader读取一系列二维切片文件：quarter.1,quarter.2…quarter.93；
2.使用类vtkContourFilter获取皮肤和骨骼的等值面数据；
3.使用类vtkPolyDataNormals对锐边缘进行处理；
4.使用类vtkOutlineFilter生成数据外部轮廓的正方体边缘；
5.渲染管线执行；

代码

#include "vtkRenderer.h"
#include "vtkRenderWindow.h"
#include "vtkRenderWindowInteractor.h"
#include "vtkPolyDataMapper.h"
#include "vtkVolume16Reader.h"
#include "vtkActor.h"
#include "vtkOutlineFilter.h"
#include "vtkCamera.h"
#include "vtkProperty.h"
#include "vtkPolyDataNormals.h"
#include "vtkContourFilter.h"

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2); // VTK was built with vtkRenderingOpenGL2
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);
using namespace std;

int main()
{
	// 加载图像数据
	vtkVolume16Reader *v16 = vtkVolume16Reader::New();
	v16->SetDataDimensions(64, 64);
	v16->SetImageRange(1, 93);
	v16->SetDataByteOrderToLittleEndian();
	v16->SetFilePrefix("D:\\headsq\\quarter");
	v16->SetDataSpacing(3.2, 3.2, 1.5);
	// 获取等值面
	vtkContourFilter *skinExtractor = vtkContourFilter::New();
	skinExtractor->SetInputConnection(v16->GetOutputPort());
	skinExtractor->SetValue(0, 1150);
	// 是一个过滤器Filter，用来计算法向量，对锐边缘（sharp Edge）进行处理
	vtkPolyDataNormals *skinNormals = vtkPolyDataNormals::New();
	skinNormals->SetInputConnection(skinExtractor->GetOutputPort());
	skinNormals->SetFeatureAngle(60.0);
	vtkPolyDataMapper *skinMapper = vtkPolyDataMapper::New();
	skinMapper->SetInputConnection(skinNormals->GetOutputPort());
	skinMapper->ScalarVisibilityOff();
	vtkActor *skinActor = vtkActor::New();
	skinActor->SetMapper(skinMapper);
	// 绘制外部轮廓的正方体
	vtkOutlineFilter *outlineData = vtkOutlineFilter::New();
	outlineData->SetInputConnection(v16->GetOutputPort());
	vtkPolyDataMapper *mapOutline = vtkPolyDataMapper::New();
	mapOutline->SetInputConnection(outlineData->GetOutputPort());
	vtkActor* outline_actor = vtkActor::New();
	outline_actor->SetMapper(mapOutline);
	outline_actor->GetProperty()->SetColor(0, 0, 0);

	vtkCamera *aCamera = vtkCamera::New();
	aCamera->SetViewUp(0, 0, -1);
	aCamera->SetPosition(0, 1, 0);
	aCamera->SetFocalPoint(0, 0, 0);
	aCamera->ComputeViewPlaneNormal();
	aCamera->Dolly(1.5);

	vtkRenderer *aRender = vtkRenderer::New();
	aRender->AddActor(outline_actor);
	aRender->AddActor(skinActor);
	aRender->SetActiveCamera(aCamera);
	aRender->ResetCamera();
	aRender->SetBackground(1, 1, 1);
	aRender->ResetCameraClippingRange();
	vtkRenderWindow *renWin = vtkRenderWindow::New();
	renWin->AddRenderer(aRender);
	renWin->SetSize(640, 480);

	vtkRenderWindowInteractor *iren = vtkRenderWindowInteractor::New();
	iren->SetRenderWindow(renWin);

	iren->Initialize();
	iren->Start();
	system("pause");
	return 0;
}

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各个对象的关系图

运行效果

当skinExtractor->SetValue()函数设置为(0,500)时，运行结果如下图：

当skinExtractor->SetValue()函数设置为(0,500)时，运行结果如下图：

文中使用到的图像资源在链接：https://pan.baidu.com/s/1OMBSN69bMj0hYU_1qg_yxw 提取码：yggt

引用

1.《医学图像编程技术》第2章 范例；