深入浅出（四）VTK库—3D可视化

1. VTK简介

VTK（Visualization Toolkit）是一个开源的跨平台的软件系统，用于3D计算机图形学、图像处理和可视化。它提供了丰富的功能和工具，使得用户可以创建复杂的3D可视化应用程序。以下是一些关于VTK的更多内容：

功能特点：

• VTK提供了各种数据结构和算法，用于创建、操作和呈现大规模数据集。
• 它支持各种数据类型，包括结构化和非结构化网格、图像、体积数据等。
• VTK包含了许多可视化技术，如体绘制、表面绘制、体积渲染、剖面显示、动画等。
• VTK还支持交互式操作、用户交互、图形用户界面等功能。

模块和类：

• VTK包含多个模块，涵盖了各种功能，如滤波器、渲染器、交互器等。
• 一些常用的类包括vtkRenderer（渲染器）、vtkActor（演员）、vtkMapper（映射器）、vtkRenderWindow（渲染窗口）等。

应用领域：

• VTK广泛应用于科学研究、医学图像处理、工程领域、地质学、气象学等领域。
• 它被用于创建各种类型的可视化应用，从简单的图形展示到复杂的科学可视化。

1.1 下载

1. 官网地址：https://vtk.org/
2. GitHub地址：https://github.com/Kitware/VTK

2. 编译和安装：

下载 VTK 源代码后，您需要按照 VTK 提供的文档和指南进行编译和安装。通常情况下，您需要使用 CMake 来配置和生成构建文件，然后使用您的编译工具（如 Visual Studio、Make、Xcode 等）来编译源代码并安装生成的库和可执行文件。
请注意，编译 VTK 可能需要一定的时间和系统配置，具体的步骤和要求可以在 VTK 的官方文档中找到。

3. C++示例

3.1 显示立方体

以下是一个简单的示例代码，演示如何在C++中使用VTK创建一个简单的立方体并显示出来：

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

int main()
{
    // 创建一个立方体数据源
    vtkSmartPointer<vtkCubeSource> cube = vtkSmartPointer<vtkCubeSource>::New();

    // 创建一个mapper将数据转换为图形对象
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cubeMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    cubeMapper->SetInputConnection(cube->GetOutputPort());

    // 创建一个actor，表示立方体的外观
    vtkSmartPointer<vtkActor> cubeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    cubeActor->SetMapper(cubeMapper);

    // 创建一个renderer
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(cubeActor);
    renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.4); // 设置背景颜色

    // 创建一个render window
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);

    // 创建一个render window interactor来交互式地显示立方体
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 开始渲染和交互
    renderWindow->Render();
    renderWindowInteractor->Start();

    return 0;
}

在这个示例中，我们使用了VTK的各种类来创建立方体，并将其显示出来。首先，我们创建了一个立方体数据源vtkCubeSource，然后将其连接到一个mapper和一个actor，最后将actor添加到renderer中。我们设置了renderer的背景颜色，并创建了render window和render window interactor来显示和交互式操作立方体。

3.2 VTK显示3D点云

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkVertexGlyphFilter.h>
#include <vtkGlyph3D.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>

int main()
{
    // 创建点云数据
    vtkSmartPointer<vtkPoints> points = vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
    points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0); // 添加点的坐标
    points->InsertNextPoint(1.0, 1.0, 1.0);
    points->InsertNextPoint(-1.0, -1.0, -1.0);

    // 创建PolyData对象
    vtkSmartPointer<vtkPolyData> polyData = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();
    polyData->SetPoints(points);

    // 将点渲染为球体
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(0.1); // 设置球体半径

    vtkSmartPointer<vtkGlyph3D> glyph3D = vtkSmartPointer<vtkGlyph3D>::New();
    glyph3D->SetInputData(polyData);
    glyph3D->SetSourceConnection(sphereSource->GetOutputPort());

    // 创建mapper和actor
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(glyph3D->GetOutputPort());

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

    // 创建renderer
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(actor);
    renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.4); // 设置背景颜色

    // 创建render window
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);

    // 创建render window interactor
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 开始渲染和交互
    renderWindow->Render();
    renderWindowInteractor->Start();

    return 0;
}

这个示例代码创建了一个包含三个点的点云，并将每个点渲染为半径为0.1的球体。您可以根据需要添加更多的点，并调整球体的大小和属性。编译和运行这个代码的方法与之前提供的示例相似。