VTK修炼之道51：图形基本操作进阶_连通区域分析

1.连通区域分析

许多图形数据中，并非只包含一个对象（连通区域）。而在处理这些图形数据时，有时需要对每一个对象单独处理或者让其单独显示。比如，利用MarchingCube方法提取三维图像中的等值面，得到的结果往往是存在多个连通的对象区域，这是就需要对图形数据做连通区域分析，提取每个连通区域并计算其属性信息，以此来得到需要的连通区域。

下面一个例子来分析VTK中如何对图形数据做连通区域分析：

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkConeSource.h>
#include <vtkAppendPolyData.h>
#include <vtkPolyDataConnectivityFilter.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
int main()
{
vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource =
vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
sphereSource->SetRadius(10);
sphereSource->SetThetaResolution(10);
sphereSource->SetPhiResolution(10);
sphereSource->Update();

vtkSmartPointer<vtkConeSource> coneSource =
vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();
coneSource->SetRadius(5);
coneSource->SetHeight(10);
coneSource->SetCenter(25, 0, 0);
coneSource->Update();

vtkSmartPointer<vtkAppendPolyData> appendFilter =
vtkSmartPointer<vtkAppendPolyData>::New();
appendFilter->AddInputData(sphereSource->GetOutput());
appendFilter->AddInputData(coneSource->GetOutput());
appendFilter->Update();

vtkSmartPointer<vtkPolyDataConnectivityFilter> connectivityFilter =
vtkSmartPointer<vtkPolyDataConnectivityFilter>::New();
connectivityFilter->SetInputData(appendFilter->GetOutput());
connectivityFilter->SetExtractionModeToCellSeededRegions();
connectivityFilter->AddSeed(100);
connectivityFilter->Update();
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> originalMapper =
vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
originalMapper->SetInputConnection(appendFilter->GetOutputPort());
originalMapper->Update();
vtkSmartPointer<vtkActor> originalActor =
vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
originalActor->SetMapper(originalMapper);

vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> extractedMapper =
vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
extractedMapper->SetInputConnection(connectivityFilter->GetOutputPort());
extractedMapper->Update();
vtkSmartPointer<vtkActor> extractedActor =
vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
extractedActor->SetMapper(extractedMapper);
/////////////////////
double leftViewport[4] = { 0.0, 0.0, 0.5, 1.0 };
double rightViewport[4] = { 0.5, 0.0, 1.0, 1.0 };

vtkSmartPointer<vtkRenderer> leftRenderer =
vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
leftRenderer->SetViewport(leftViewport);
leftRenderer->AddActor(originalActor);
leftRenderer->SetBackground(1, 0, 0);

vtkSmartPointer<vtkRenderer> rightRenderer =
vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
rightRenderer->SetViewport(rightViewport);
rightRenderer->AddActor(extractedActor);
rightRenderer->SetBackground(0, 0, 0);

vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
renderWindow->AddRenderer(leftRenderer);
renderWindow->AddRenderer(rightRenderer);
renderWindow->SetSize(640, 320);
renderWindow->Render();
renderWindow->SetWindowName("PolyDataConnectedCompExtract");

leftRenderer->ResetCamera();
rightRenderer->SetActiveCamera(leftRenderer->GetActiveCamera());

vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor =
vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
interactor->SetRenderWindow(renderWindow);
interactor->Initialize();
interactor->Start();
return 0;
}输出结果为：



这个例子够早了一个含有多个连通区域的模型数据。vtkAppendPolyData可以实现vtkPolyData的合并，使用该类可以方便地构造含有多个连通区域的数据，该类型接收两个或者多个vtkPolyData数据输入，合并结果包含输入数据的所有几何和拓扑数据。若输入为两个或者多个数据都含有点属性数据，则将其存储值输出结果中；对于单元属性数据亦是如此。

2.VTKPolyDataConnectivityFilter类解析

vtk中的vtkPolyDataConnectivityFilter类可以用于实现连通区域分析，该类接受vtkPolyData数据作为输入。集体使用如下：

vtkSmartPointer<vtkPolyDataConnectivityFilter> connectivityFilter =
vtkSmartPointer<vtkPolyDataConnectivityFilter>::New();
connectivityFilter->SetInputData(appendFilter->GetOutput());
connectivityFilter->SetExtractionModeToCellSeededRegions();
connectivityFilter->AddSeed(100);
connectivityFilter->Update();

SetExtractionModeToLargestRegion()：用于提取具有最多点数的连通区域；
SetExtractionModeToAllRegions()：该模式主要用于连通区域标记，配合函数ColorRegionsOn()使用，在连通区域像是的同时，生成一个名为RegionId的点属性数据。
SetExtractionModeToSpecifiedRegions()：该模式用于提取一个或多个连通区域，在该模式下，需要通过AddSpecifiedRegion()来添加西药提取的区域号，区域号从零开始。
SetExtractionModeToClosestPointRegion()：该模式需要使用SetClosestPoint()函数设置一个空间点坐标，执行结果为离该点最近的连通区域。
SetExtractionModeToPointSeededRegions()：该模式下需要使用AddSeed()函数添加种子点，提取种子点所在的区域。
SetExtractionModeToCellSeededRegions()：该模式下需要使用AddSeed()函数调价种子单元，提取种子单元所在的区域。

3.参看资料

1.《C++ primer》

2.《The VTK User’s Guide – 11thEdition》

3.  张晓东, 罗火灵. VTK图形图像开发进阶[M]. 机械工业出版社, 2015.