第05章-可視化技術（4）

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【譯者：這個系列教程是以Kitware公司出版的《VTK User’s Guide -11th edition》一書作的中文翻譯（出版時間2010年，ISBN: 978-1-930934-23-8），由於時間關係，我們不能保證每周都能更新本書內容，但盡量做到一周更新一篇到兩篇內容。敬請期待^_^。歡迎轉載，另請轉載時註明本文出處，謝謝合作！同時，由於譯者水平有限，出錯之處在所難免，歡迎指出訂正！】【本小節內容對應原書的第112頁至第117頁】5.3 規則網格可視化

規則網格在拓撲結構上規則，而幾何上是不規則的，3-2所示。規則網格常被用來進行資料分析（如流體動力學計算）。規則網格vtkStructuredGrid資料集主要有六面體（vtkHexahedral）單元或者是四邊形（vtkQuad）單元組成。

手動建立vtkStructedGrid

建立規則網格需要指定網格的維數（定義拓撲結構）和定義x-y-z座標的vtkPoints對象（定義幾何結構）。下面代碼改自VTK/Examples/DataManiulation/Cxx/SGrid.cxx。

 

vtkPoints points

   points InsertPoint 0 0.0 0.0 0.0

   …etc…

 

vtkStructedGrid sgrid

   sgrid SetDimensions 13 11 11

   sgrid SetPoints points

 

主要vtkPoints對象中點的個數要與網格i，j和k三個方向的維數乘積保持一致。

提取計算平面

大多數情況下規則網格由接收vtkDataSet類型輸入的filter來處理（見89頁“可視化技術”）。而直接接收vtkStructuredGrid類型輸入的其中一個filter是vtkStructuredGridGeometryFilter。該Filter根據其Extent變數值來提取網格中的局部點、線段或者平面（Extent是一個描述地區的六維向量（ , ））。

下例中我們讀取了一個規則網格資料，提取其中的三個平面，並利用相關的向量資料對平面進行Warp處理（代碼取自VTK/Examples/VisualizationAlgorithms/Tcl/warpComb.tcl）。

 

vtkPLOT3DReader pl3d

    pl3d SetXYZFileName "$VTK_DATA_ROOT/Data/combxyz.bin"

    pl3d SetQFileName "$VTK_DATA_ROOT/Data/combq.bin"

    pl3d SetScalarFunctionNumber 100

    pl3d SetVectorFunctionNumber 202

pl3d Update

vtkStructuredGridGeometryFilter plane

    plane SetInputConnection [pl3d GetOutputPort]

    plane SetExtent 10 10 1 100 1 100

vtkStructuredGridGeometryFilter plane2

    plane2 SetInputConnection [pl3d GetOutputPort]

    plane2 SetExtent 30 30 1 100 1 100

vtkStructuredGridGeometryFilter plane3

    plane3 SetInputConnection [pl3d GetOutputPort]

    plane3 SetExtent 45 45 1 100 1 100

vtkAppendPolyData appendF

    appendF AddInputConnection [plane GetOutputPort]

    appendF AddInputConnection [plane2 GetOutputPort]

    appendF AddInputConnection [plane3 GetOutputPort]

vtkWarpScalar warp

    warp SetInputConnection [appendF GetOutputPort]

    warp UseNormalOn

    warp SetNormal 1.0 0.0 0.0

    warp SetScaleFactor 2.5

vtkPolyDataNormals normals

    normals SetInputConnection [warp GetOutputPort]

    normals SetFeatureAngle 60

vtkPolyDataMapper planeMapper

   planeMapper SetInputConnection [normals GetOutputPort]

    evalplaneMapper SetScalarRange [[pl3d GetOutput] GetScalarRange]

vtkActor planeActor

   planeActor SetMapper planeMapper

規則網格資料降採樣

像資料一樣，規則網格資料也可以進行降採樣（見105頁“映像資料降採樣”）。vtkExtractGrid用來執行資料降採樣和提取。

 

vtkPLOT3DReader pl3d

    pl3d SetXYZFileName "$VTK_DATA_ROOT/Data/combxyz.bin"

    pl3d SetQFileName "$VTK_DATA_ROOT/Data/combq.bin"

    pl3d SetScalarFunctionNumber 100

    pl3d SetVectorFunctionNumber 202

    pl3d Update

vtkExtractGrid extract

    extract SetInputConnection [pl3d GetOutputPort]

    extract SetVOI 30 30 -1000 1000 -1000 1000

    extract SetSampleRate 1 2 3

    extract IncludeBoundaryOn

 

在該例子中初始規則網格（維數為57X33X25）按照（1,2,3）的採樣率進行採樣，產生一個維數（1,17,9）的子集。函數IncludeBoundaryOn()保證了在沒有選擇邊界的採樣操作下也將邊界提取出來。

5.4 線性網格可視化

線性網格在拓撲上規則，但是在幾何上半規則（3-2（b））。線性網格也常用於數值分析。vtkRectilinearGrid由體素（vtkVoxel）或者像素（vtkPixel）單元組成。

手動建立vtkRectlinearGrid

線性網格建立需要指定網格維數定義網格拓撲，以及三個標量數組定義x-y-z三個方向座標來定義幾何。下面代碼改自VTK/Examples/DataManipulation/Cxx/RGrid.cxx。

 

vtkFloatArray *xCoords = vtkFloatArray::New();

  for (i=0;i<47; i++) xCoords->InsertNextValue(x[i]);

 

  vtkFloatArray*yCoords = vtkFloatArray::New();

  for (i=0;i<33; i++) yCoords->InsertNextValue(y[i]);

 

 vtkFloatArray *zCoords = vtkFloatArray::New();

  for (i=0;i<44; i++) zCoords->InsertNextValue(z[i]);

 

vtkRectilinearGrid *rgrid =vtkRectilinearGrid::New();

   rgrid->SetDimensions(47,33,44);

   rgrid->SetXCoordinates(xCoords);

   rgrid->SetYCoordinates(yCoords);

   rgrid->SetZCoordinates(zCoords);

 

確保x，y，z三個方向的標量個數要與拓撲i,j,k三個方向維數保持一致。

提取計算平面

大多數情況下線性網格由接收vtkDataSet類型輸入的Filter來處理（見89頁“可視化技術”）。而直接接收vtkRectilinearGrid類型輸入的其中一個Filter是vtkRectilinearGridGeometryFilter。該Filter根據其Extent變數值來提取網格中的局部點、線段或者平面（Extent是一個描述地區的六維向量（ , ））。

下面例子還是緊接上面代碼VTK/Examples/DataManipulation/Cxx/RGrid.cxx，我們如下提取一個平面：

vtkRectilinearGridGeometryFilter *plane =

  vtkRectilinearGridGeometryFilter::New();

plane->SetInput(rgrid);

plane->SetExtent(0,46, 16,16, 0,43);

5.5 不規則網格可視化

不規則網格無論在拓撲上還是幾何上都是不規則的（3-2（f））。不規則網格常用來進行數值分析（如有限元分析）。任何一中單元類型都可以用來表示不規則網格。

手動建立vtkUnstructuredGrid

不規則網格定義是通過vtkPoints來定義幾何，通過插入單元來定義拓撲。（下面代碼取自VTK/Examples/DataManipulation/Tcl/BuildUGrid.tcl.）

 

vtkPoints tetraPoints

  tetraPoints SetNumberOfPoints 4

  tetraPoints InsertPoint 0 0 0 0

  tetraPoints InsertPoint 1 1 0 0

  tetraPoints InsertPoint 2 .5 1 0

  tetraPoints InsertPoint 3 .5 .5 1

vtkTetra aTetra

  [aTetra GetPointIds] SetId 0 0

  [aTetra GetPointIds] SetId 1 1

  [aTetra GetPointIds] SetId 2 2

  [aTetra GetPointIds] SetId 3 3

vtkUnstructuredGrid aTetraGrid

  aTetraGrid Allocate 1 1

  aTetraGrid InsertNextCell [aTetra GetCellType] [aTetra GetPointIds]

  aTetraGrid SetPoints tetraPoints

  …insertother cells if any…

 

在為vtkUnstructuredGrid執行個體插入單中繼資料前，必須先執行Allocate()函數來分配空間。該函數的兩個參數分別表示初始分配的資料空間大小，和需要額外記憶體時擴充的記憶體空間大小。一般情況大比較大的值會有較好的效果（因為需要較少的記憶體重分配操作）。

提取局部網格

大部分情況下，不規則網格由接收vtkDataSet類型輸入的Filter處理（見89頁“可視化技術”）。直接接收vtkUnstructuredGrid類型輸入的其中一個Filter是vtkExtractUnstructuredGrid。這個filter根據指定的點ids，單元ids和幾何邊界來提取局部網格（Extent參數定義一個包圍盒）。下例代碼取自VTK/Examples/VisualizationAlgorithms/Tcl/ExtractUGrid.tcl。

vtkDataSetReader reader

    reader SetFileName "$VTK_DATA_ROOT/Data/blow.vtk"

    reader SetScalarsName "thickness9"

    reader SetVectorsName "displacement9"

vtkCastToConcrete castToUnstructuredGrid

   castToUnstructuredGrid SetInputConnection [reader GetOutputPort]

vtkWarpVector warp

  warp SetInput [castToUnstructuredGrid GetUnstructuredGridOutput]

 

vtkConnectivityFilter connect

    connect SetInputConnection [warp GetOutputPort]

    connect SetExtractionModeToSpecifiedRegions

    connect AddSpecifiedRegion 0

    connect AddSpecifiedRegion 1

vtkDataSetMapper moldMapper

   moldMapper SetInputConnection [reader GetOutputPort]

   moldMapper ScalarVisibilityOff

vtkActor moldActor

    moldActorSetMapper moldMapper

    [moldActor GetProperty] SetColor .2 .2 .2

    [moldActor GetProperty] SetRepresentationToWireframe

 

vtkConnectivityFilter connect2

    connect2 SetInputConnection [warp GetOutputPort]

    connect2 SetExtractionModeToSpecifiedRegions

    connect2 AddSpecifiedRegion 2

vtkExtractUnstructuredGrid extractGrid

   extractGrid SetInputConnection [connect2 GetOutputPort]

   extractGrid CellClippingOn

   extractGrid SetCellMinimum 0

   extractGrid SetCellMaximum 23

vtkGeometryFilter parison

    parison SetInputConnection [extractGrid GetOutputPort]

vtkPolyDataNormals normals2

    normals2 SetInputConnection [parison GetOutputPort]

    normals2 SetFeatureAngle 60

vtkLookupTable lut

    lut SetHueRange 0.0 0.66667

vtkPolyDataMapper parisonMapper

   parisonMapper SetInputConnection [normals2 GetOutputPort]

   parisonMapper SetLookupTable lut

   parisonMapper SetScalarRange 0.12 1.0

vtkActor parisonActor

   parisonActor SetMapper parisonMapper

 

該例中我們採用單元裁剪（利用單元id號）和一個連通Filter來提取局部網格。vtkConnectivityFilter(以及vtkPolyDataConnectivityFilter)用來提取資料中的連通部分（當單元共用點時，他們是連通的）。SetExtractionModeToSpecifiedRegions()方法設定提取哪個連通地區。連通filter預設提取最大的連通地區。也可以如該例中那樣提取一個特定的地區，不過需要一些額外的實驗來對應各個地區。

不規則網格等值線提取

vtkContourGrid用來提取不規則網格的等值線。與一般的vtkContourFilter類相比，這個類更加高效。通常你並不需要直接執行個體化該類，因為當vtkContourFilter識別到輸入資料時vtkUnstructuredGrid類型時，vtkContourFilter內部會自動建立一個vtkContourGrid執行個體。

以上是可視化技術概述。接下來你可能希望學習影像處理和體繪製技術。也可以參考444頁“Filter總結”部分瞭解VTK中的Filter。

【第5章-可視化技術 翻譯完畢】