vtk学习之路—第一章

淩亂°似流年 2022-06-05 12:39 209阅读 0赞

## 基本学习目标： ##

因为实验室需要所以必须用到vtk，加上个人对于数据可视化和三维建模感兴趣，所以有必要整理一份vtk的学习资料，以备之后的学习和巩固。

## vtk是什么： ##

vtk 全称visualization Toolkit 即可视化工具包，他是一个开源的，跨平台的，可自由获取的支持并行处理的**图形应用函数库**。  
对于vtk的一些基础组成比如图模型子系统和可视化管道子系统，以及其中的绘制窗口绘制器，交互器，道具，映射器，和特性等概念下面这个文档介绍的还行：[https://wenku.baidu.com/view/e14ab3d033d4b14e852468c1.html][https_wenku.baidu.com_view_e14ab3d033d4b14e852468c1.html]

## 第一个vtk程序： ##

#include <vtkSmartPointer.h>
    #include <vtkRenderWindow.h>
    #include <vtkRenderer.h>
    #include <vtkRenderWindowInteractor.h>
    #include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h>
    #include <vtkCylinderSource.h>
    #include <vtkPolyDataMapper.h>
    #include <vtkActor.h>
    
    int main() {
        vtkSmartPointer<vtkCylinderSource> cylinder= vtkSmartPointer<vtkCylinderSource>::New();
        cylinder->SetHeight(3.0);
        cylinder->SetRadius(1.0);
        cylinder->SetResolution(10);
    
        vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>cylinderMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
        cylinderMapper->SetInputConnection(cylinder->GetOutputPort());
    
        vtkSmartPointer<vtkActor>cylinderActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
        cylinderActor->SetMapper(cylinderMapper);
    
        vtkSmartPointer<vtkRenderer>renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
        renderer->AddActor(cylinderActor);
        renderer->SetBackground(0.1,0.2,0.4);
    
        vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>renWin = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
        renWin->AddRenderer(renderer);
        renWin->SetSize(300,300);
    
        vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>iren = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
        iren->SetRenderWindow(renWin);
    
        vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>style = vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>::New();
        iren->SetInteractorStyle(style);
    
        iren->Initialize();
        iren->Start();
    
        return 0;
    }

运行效果  
![这里写图片描述][SouthEast]

## 程序学习： ##

vtk的一些规则：vtk对类的命名规则都是小写的vtk开头每个类的关键字首字母大写。  
程序中有许多vtkSmartPointer，这是VTK的类实例化对象的基本用法。因为VTK里每个类的构造函数都定义为保护成员，所以常用的C++中定义语句在vtk中是不可取的。  
采用以下两种方式构造vtk对象：

vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>cylinderMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();

或者：

vtkRenderWindow* renWin = vtkRenderWindow::New();

**同时切记：使用New()定义变量时，在其生命周期结束前使用Delete()函数释放内存！**

我个人觉得vtk对象的构造方式类似如下的做法：

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    class A {
    public:
        int a;
        static A* New(){
       //采用静态成员函数New（）得到该类的实例化对象 
    
            return new A;
        }
    protected:
            A(int b=10):a(b){}//构造函数为保护成员
    
    };
    
    int main() {
        A* c = A::New();
    
        cout << c->a;
    
        return 0;
    }

## 那么有接下来的问题，为什么要将构造函数设置为保护成员呢？ 现在将这个范围扩大，当构造函数被设置为私有成员和保护成员会有什么作用？ ##

从语法上来讲，一个函数被声明为protected或者private，那么这个函数就不能从“外部”直接被调用了。  
对于protected的函数，子类的“内部”的其他函数可以调用之。  
而对于private的函数，只能被本类“内部”的其他函数说调用。  
这篇文章对这个问题做了简单的描述：[https://www.cnblogs.com/this-543273659/archive/2011/08/02/2125487.html][https_www.cnblogs.com_this-543273659_archive_2011_08_02_2125487.html]  
关于构造函数与析构函数的保护权限可以看这篇文章的介绍：  
[http://blog.csdn.net/zxjluohe/article/details/42217491][http_blog.csdn.net_zxjluohe_article_details_42217491]  
还有一些解释：  
1.至于为什么这个类的构造函数设置为保护，是因为有纯虚函数的类都是抽象类，抽象类不能实例化，因此这么写可以提醒程序员不要new。  
2.这些类都不能让你直接实例化而是由系统调用所以constructor设成protected。  
3.构造函数是保护成员 你就没有办法 new ClassName。

## 言归正传： ##

回到代码的学习：  
1.vtkSmartPointer类 ： 这是vtk里的智能指针类。  
使用方式：  
`vtkSmartPointer<指向对象类型名称> 指针变量名= vtkSmartPointer<指向对象类型名称>::New();`  
2.vtkRenderWindow类： 是一个或多个绘制器在其上进行绘制的窗口的**抽象基类**。

vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>renWin = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renWin->AddRenderer(renderer);//调用AddRenderer()方法添加vtkRenderer类型绘制器
    renWin->SetSize(300,300);//调用方法SetSize() 设置窗口的大小，以像素为单位

3.vtkCylinderSource类 ： 该类派生自vtkPloyDataAlogrithm (poly是聚的意思）  
主要是生成一个中心在渲染场景原点的柱体。这个柱体的数据类型是vtkPloyData。

cylinder->SetHeight(3.0);//设置柱体的高
    cylinder->SetRadius(1.0);//设置柱体的横截面半径
    cylinder->SetResolution(10);//设置柱体横截面的等多边形边数

4.vtkPolyDataMapper类： 字面意思就是 vtk 聚数据 映射器。  
该类用于渲染多边形几何数据（vtkPolyData）,该类派生自vtkMapper 将输入数据转换为几何图元（点，线，多边形）进行渲染。**Mapper是可视化管线的末端。**

cylinderMapper->SetInputConnection(cylinder->GetOutputPort());
    //这里就是从cylinder得到输出数据再将其输入到cylinderMapper。

SetInputConnection（）输入数据接口，GetOutputPort()输出数据接口。

5.vtkActor类： 该类派生自vtkProp类 （prop-支柱）  
vtkProp类是所有的2D和3D道具的**抽象基类**。包含可见性，方向，大小和位置信息。  
渲染场景中数据的可视化表达是通过vtkProp的子类负责的。比如渲染这个柱体，柱体的数据是vtkPloyData类型的，数据要在场景中渲染，不是直接把数据加载到渲染场景当中，而是以vtkProp形式存在于场景当中的。  
三维空间中渲染对象最常用的vtkProp子类是vtkActor(负责场景中的几何数据) 和vtkVolume（负责场景中的体数据）。  
prop依赖于两个对象：**一个是Mapper(vtkMapper)对象，负责存放数据和渲染信息，另一个是属性（vtkProperty）对象负责控制颜色，不透明度等参数。**  
另外，vtkActor 还可以设置纹理（vtkTexture）对象，用于纹理贴图。

vtkSmartPointer<vtkActor>cylinderActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    cylinderActor->SetMapper(cylinderMapper);
    //将cylinderActor的Mapper(vtkMapper)对象设置为cylinderMapper。

6.vtkRenderer 类：负责管理场景的渲染过程。  
组成场景的对象包括：

1.  Prop
2.  照相机vtkCamera
3.  光照vtkLight  
    这些都被整合到一个vtkRenderer对象当中，一个vtkRendererWindow中可以有多个vtkRenderer对象

vtkSmartPointer<vtkRenderer>renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(cylinderActor);//该方法用于将Prop类型对象添加到渲染场景当中
    renderer->SetBackground(0.1,0.2,0.4);//用RGB格式设置背景颜色

7.vtkRenderWindowInteractor 类： 提供平台独立的响应鼠标，键盘和时钟事件的交互机制。  
通过观察者/命令模式将监听到的事件交由vtkInteractorObserver 或其子类如vtkInteractorStyle 处理。  
他们监听这些事件消息，并且完成旋转，拉伸和缩放等运动控制。

vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>iren = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    iren->SetRenderWindow(renWin);
    //消息是通过渲染窗口捕获的，所以必须给交互器设置渲染窗口。
    vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>style = vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>::New();
    iren->SetInteractorStyle(style);
    //定义交互器的交互样式。
    iren->Initialize();//为处理窗口事件做准备，交互器工作之前必须调用这个方法初始化。
    iren->Start();//该方法表示开始进入事件响应循环，交互器处于等待状态，等待用户交互事件发生。必须先调用Initialize()。

8.vtkInteractorStyleTrackballCamera类： 交互器的一种样式。父类为vtkInteractorStyle.

vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>style = vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>::New();
    iren->SetInteractorStyle(style);

VTK与观看舞台剧演出做对比。  
整个大剧院<—->vtkRenderWindow的渲染窗口。  
剧院中舞台<—->vtkRenderer的渲染场景。  
舞台上演员<—->vtkActor的的渲染对象。  
表演中互动<—->vtkRenderWindowInteractor的交互。  
交互的方式<—->vtkInteractorSyle的交互器样式。  
演员的特性<—->vtkActor的不同属性vtkProperty。  
观众的视角<—->vtkCamera。  
下图加深理解：  
![这里写图片描述][SouthEast 1]

## 总结： ##

这是接触vtk的第一步，后序还需要加深各个类的理解。

[https_wenku.baidu.com_view_e14ab3d033d4b14e852468c1.html]: https://wenku.baidu.com/view/e14ab3d033d4b14e852468c1.html
[SouthEast]: /images/20220605/3b07de15d69948b88fc6630456a0fbec.png
[https_www.cnblogs.com_this-543273659_archive_2011_08_02_2125487.html]: https://www.cnblogs.com/this-543273659/archive/2011/08/02/2125487.html
[http_blog.csdn.net_zxjluohe_article_details_42217491]: http://blog.csdn.net/zxjluohe/article/details/42217491
[SouthEast 1]: /images/20220605/0596eae929b640b394c3797af927a887.png