VTK 学习笔记 - 天行健

原文出处：http://shenaodong.bokee.com/viewdiary.15510859.html

VTK学习笔记1

基于VTK User Guide和VTK Textbook学习

Vtk user guide

组织：分为三部分，part i通用介绍，如VTK安装方法；part ii是核心部分，提供了大量的示例；part iii介绍高级应用，如何创建自己的类。

HOW TO USE VTK

vtk创建者和应用者。创建或修改必须熟悉C++，并且知悉VTK的编程约定；对于应用者可以从TCL，PYTHON，VB，JAVA，VC等中选择自己熟悉的语言，但需熟悉VTK的对象接口及其关系。

ADDITION RESOURCES

The Visualization Toolkt An Object-Oriented Approach to 3D Graphics(2rd Edition):该书详细描述了VTK中的多个算法，数据结构等。
http://public.kitware.com/：提供有在线手册，FAQ和用户邮件列表等 http://public.kitware.com/VTK/doc/nightly/html：在线VTK文档 http://www.barre.nom.fr/vtk/links.html：Sebastien Barre的网站

Installation

Windows

直接下载安装文件，执行setup.exe

安装后文件包含5个部分：

vtkNNCore：用于Windows的VTK DLL

vtkNNCpp：用于VC++的文件和库

vtkNNTcl:用于Tcl的文件和库

vtkNNJava::用于Java的文件和库

vtknnPython::用于Python的文件和库

CMake:从源码构建VTK的工具

源码安装

System Overview

对于VTK的系统的概述：介绍基本系统概念和对象模型抽象

VTK由两个基本子系统构成：已编译C++类库和已解释的封装器用于其他语言，如Tcl，java，Python等

VTK本身是基于OO模型构建的，因此仅需理解主要对象就可以构建应用系统：图形模型Graphics Model和可视化模型Visualization Model

The Graphics Model

下面是一些常用的核心对象：

vtkActor, vtkActor2D, vtkVolume--vtkProp和／或vtkProp3D的子类

vtkLight--灯光

vtkCamera--镜头，照相机

vtkProperty, vtkProperty2D--

vtkMapper, vtkMapper2D--vtkAbstractMapper的子类

vtkTransform--

vtkLookupTable, vtkColorTransferFunction--vtkScalarsToColors的子类

vtkRender

vtkRenderWindow

vtkRenderWindowInteractor

可以通过对上述对象的组合形成场景Scene。

Props表示在场景所见到的物体。三维场景中的通常是vtkProp3D对象，如vtkActor,vtkVolume等；二维场景中的则通常是vtkActor2D对象。

Props不能直接表示其几何形状，通过其相关的mappers表示。

Props还可以通过属性对象控制其外观，如颜色，灯光，绘制方式等。

Actors和Volumes具备内部转换对象vtkTransform，其封装了4＊4的变换矩阵，可以调整其几何参数（位置，朝向和缩放）。

灯光vtkLight对象用于设置场景中的灯源，只能用于3D场景。

相机对象vtkCamera控制3D物体如何投影成2D图形。只在3D场景有必要设置。可以控制几何参数以及投影方式：正交投影和透视投影。

绘图器vtkMapper对象以及相关的查找表vtkLookupTable对象用于变换和绘制几何图形。mapper提供了可视化管道和图形模型之间的接口。

渲染器vtkRenders对象和渲染窗口vtkRenderWindow对象用于管理图形引擎和计算机视窗系统之间的接口。一个渲染窗口可以同时支持多个渲染器。渲染器作图的区域即为视口viewport。

场景交互可以通过vtkRenderWindowInteractor对象完成。操作相机，拾取物体，激活用户定义的方法，进入或退出透视投影以及设置actors的某些属性。

上
述描述的类通常都有特殊行为的子类，如vtkAssembly,
vtkFollower,vtkLODActor均是vtkActor的子类。vtkAssembly允许层次式组织actors；vtkFollwer
是一个总是面向指定相机的actor，尤其对于文本和广告显示是十分有用的；vtkLODActor是允许改变角色actors的几何表示的actor

图像数据ImageData：vtkImageData

矩阵线性数据Rectilinear Grid：vtkRectilinearGrid，其数据组织形式是行列方向线性增长

结构化数据vtkStructuredGrid，无结构化数据点，多边形数据vtkPolyData，无结构化栅格数据vtkUnstructuredGrid

VTK学习笔记2－－The Visualization Model

图形管道的作用是将图形数据转换成图片。可视化管道的作用是将信息转换成图形数据。换句话说，就是可视化管道是用于构造几何表达，而后经由图形管道渲染。

VTK使用数据流的形式转换，其中涉及两个基本对象：vtkDataObject和vtkProcessObject。

DataObject数据对象：

表示不同类型的数据。数据的组织形式由vtkDataSet对象表示。由几何和拓扑结构（点和穴）组成。

DataSet数据集：图像数据ImageData：vtkImageData

矩阵线性数据Rectilinear Grid：vtkRectilinearGrid，其数据组织形式是行列方向线性增长

结构化数据vtkStructuredGrid，无结构化数据点，多边形数据vtkPolyData，无结构化栅格数据vtkUnstructuredGrid

属性数据：单个数据Scalar，3D方向和幅度Vector:(u, v, w)；3D方向Normal:(nx, ny, nz),
|n|=1，n维索引数据到文理的映射Texture
Coordinate，n*n矩阵Tensor，阵列数据vtkFieldArray，其中每一列可以是不同类型的数据。

Cell：是点的拓扑组织，构成数据集的基本形式，用作点之间的插值信息。

处理对象vtkProcessObject：也称作过滤器，滤波器，将已有数据处理形成新的数据。代表了系统所用的算法。Process和数据对象连接在一起形成可视化管道，即数据流网络。

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｜Source
｜ ｜Filter ｜
｜Filter N ｜ ｜Mapper ｜

｜
｜－－－ ｜
｜－－－ ｜ ｜－－－｜
｜－－－－－－－－－Graphics Interface

｜Data Object ｜
｜Data Ojbect ｜ ｜Data Object ｜
｜ ｜

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源Source对象：通过读取文件或重构数据对象产生数据。

过滤器Filter：将输入数据处理后生成新的数据，其中输入或输出数据可以单个，或多个Source object

绘图器Mapper：位于图形模型中，将数据转成图形数据（可由图形引擎渲染）

Writer：是一种Mapper，可以将数据写入文件或输出流中。

VTK学习笔记3－－重要技术

管道拓扑：使用方法aFilter->SetInput(anotherFilter->GetOutPut());的不同变体来构成。多输入和多输出时类似。

控制管道执行的机制：仅执行必须更新的部分，使用懒惰赋值方法Lazy evaluation（当数据被请求时才求值）。

管道组装：必须满足前后两级滤波器的输出与输入兼容。（这对于编译型语言可以在编译时检查，解释型则会到运行时出错）

管道执行：决定数据是否缓存或保留。这对于系统性能至关重要。VTK使用引用计数方法确定数据对象的生存期，并提供方法关启数据缓存或截取流数据片段。