VTK基礎知識儲備及example

1.     Vtk簡介：

vtk是一個支援三維資料顯示和互動的面向物件開發庫。Vtk提供的對三維資料的操作是通過一個管道（pipeline）體系實現的，在管道體系中多個元素結合在一起共同完成一個複雜的任務。一個典型的管道結構可以分為兩個部分：

1.1.資料生成和處理的元素：

        Sources:產生資料的類，可分為兩種（1）通過演算法直接生成資料，被稱為procedural sourceobject，如vtkSphereSource,vtkCylinderSource;（2）從檔案或資料流中讀入資料，稱為reader sourceobject，如vtkJPEGReader是從檔案中讀入JPEG影象並生成一個影象輸出。

       Filters: 應用在資料上以產生一個濾過後的版本。如vtkImageGuassianSmooth是在一個影象執行高斯濾波並生成一個新的平滑後的影象。

       Mappers: 定義資料和圖形框架或軟體渲染技術間的介面。多個mapper可以共享一個輸入，但用不同的方式進行渲染。

1.2.構成虛擬三維世界的元素：

       Props/Actors: 將mapper的輸出作為輸入，並“知道”如何去生成資料的視覺化表示；渲染由附加的資料結構-屬性控制；mapper不能由多個props共享；Volumes是一種特定的props，用於顯示體渲染影象。

       Renderer:

      Render Window: 實際的用於顯示虛擬照相機影象的螢幕區域。一個render window有一個互動器interactor，用於處理該螢幕區域中收到的鍵盤和滑鼠輸入，以完成與使用者的互動任務。

      簡而言之，VTK管道提供了三維資料互動途徑，其使用過程：讀取/生成（read/generate）源資料；對源資料進行濾波（filter）；渲染（render）濾波後的資料；在視窗（window）中顯示渲染後的資料，與顯示資料進行互動（interact）。

     更多相關知識，可瞭解CSDN 東靈的部落格，講解的很全面。

2.      Vtk examples:

2.1 SphereSource:（最基本的一個管道實現）

#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>

int main(int, char *[])
{
  // Create a sphere
  vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = 
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
  sphereSource->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
  sphereSource->SetRadius(5.0);

  //mapper
  vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = 
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
  mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

  //actor
  vtkSmartPointer<vtkActor> actor = 
    vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
  actor->SetMapper(mapper);

  //renderer ,renderWindow, renderWindowInteractor.
  vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = 
    vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
  vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = 
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
  renderWindow->AddRenderer(renderer);
  vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor = 
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
  renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

  renderer->AddActor(actor);
  renderer->SetBackground(.3, .6, .3); // Background color green
  renderWindow->Render();
  renderWindowInteractor->Start();
  return EXIT_SUCCESS;
}

2.2 Plane 

2.3 DisplayCoordinateAxes:

2.4 vtkOrientationMarkerWidget:

基於例2.4，在醫學影像處理軟體中，可以在顯示三維體資料的Render Window中，增加一個顯示當前影像方位的立方體，也即OrientationMarkerWidget。採用一個renderWindow中放置兩個render的方式實現。

     實現程式碼基於2.4 py。為了保證醫學體資料和顯示方位的widget的方位同步，可在初始化時，將醫學影像的render的camera的view up和position傳給顯示方位的render。當影象發生旋轉時，也實時進行照相機引數的傳遞。這樣便可以實現二者的同步。

     實現的效果如下圖所示。