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VTK开发笔记（三）：熟悉VTK开发流程，编写球体，多半透明球体Demo

森萌黠 5 小时前
前言

  开始vtk实战，了解vtk的一些基本框架，通过代码是最好的方式。
  本篇实现一个vtk实现多球体半透明的Demo。
 Demo

  
1.png

  
2.gif

  
3.gif

  下面是osg存在的问题：
  
4.gif

 坐标系

  计算机图形学里常用的坐标系统主要有4中，分别是model坐标系统、world坐标系统、view坐标系统和Display坐标系统。
  
5.png


  • Model坐标系统：定义模型时所采用的坐标系统，笛卡尔坐标系。
  • World坐标系统：actor（渲染模型）的三维控件坐标系，就是世界坐标系。每一个  actor可以通过缩放、旋转、平移等操作讲model坐标系放入world，就是三维相对坐标系变换。World坐标系也是相机和灯光所在的坐标系。
  • View坐标系统：相机能看见的坐标系统，XYZ轴取值都为[-1,1]，表示平面上的位置，Z值表示到相机的距离。
  • Display坐标系统：屏幕坐标系，坐标轴取值就是像素。
      
    6.png

 可视化管线渲染流程

  
  数据源->多线段数据映射->【演员->渲染器->渲染窗口】。
  复杂一点的渲染管线：
  
7.png

  
8.png


  • Source：用于创建数据或者读取数据，跟字面意义一样是数据源。Source可作为Filter的输入，进行数据的过滤，生成新的数据。
  • Filter：特定规则进行处理过滤，比如轮廓线、比如剖面，更多的后续再讲究。
  • Mapper：映射器，更多的后续再讲究。
 智能指针

  智能指针会自动管理引用计数的增加或者减少，这个概念在编程语言中有，在ogs中也有，且使用方式基本一致。当指针{}作用域过了，其智能指针实际还存在，只有在其计数为0时，此时没有对象使用它了，则会销毁。
  1. vtkSmartPointer<vtkImageData> image = vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();
复制代码
  智能指针类型可以作为函数返回值，正确的写法如下：
  1. vtkSmartPointer<vtkImageData> MyFunction()
  2. {
  3.     vtkSmartPointer<vtkImageData> myObject = vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();
  4.     return myObject;
  5. }
复制代码
  函数MyFunction()的返回值是通过复制的方式，讲数据赋值给调用的变量，因此该数据的引用计数保持不变，而且函数MyFunction里的myObject也不会删除。
  反过来，要是函数里面定义是智能指针类型，返回类型是指针，其计数会减去1，示例如下：
  1. vtkImageData * MyFunction()
  2. {
  3.     vtkSmartPointer<vtkImageData> myObject = vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();
  4. return myObject;
  5. }
  6. vtkImageData *pImageData = MyFunction();
复制代码
  
  （注意：这里有点拗口难理解，为什么返回指针就-1，osg处理这块是无所谓的，混合了代码做过osg的测试，并不会崩溃，但是vtk说是会崩溃）
  Vtk的智能指针，还有一个注意点，就是一个智能指针的对象，在第一次赋值的时候，智能指针会分配对象相关的内存，初始化引用计数，后续不能再把这个指针更换对象，否则会引用计数出错，
  以上这几个点，都要注意，其在osg的智能指针中没这些讲究，比较完善，但是vtk如果使用智能指针，就要遵循这些，会轻微增加代码，主要是函数返回类型和赋值给的变量类型定义这两块为主。
 绘制一个球体

步骤一：创建球体数据源

  
9.png

步骤二：创建多边形映射器

  
10.png

步骤三：创建演员类（类似osg模型结点）

  
11.png

步骤四：创建渲染器

  
12.png

步骤五：设置渲染器到渲染窗口

  
13.png

 源码

VTKManager.cpp
  1. vtkSmartPointer<vtkSphereSource> VTKManager::createSphereSource(double x, double y, double z, double r, int vNum, int hNum)
  2. {
  3.     /*
  4.      * 继承关系:
  5.      * vktObject ---> vtkAlhorithm ---> vtkPolyDataAlgorithm ---> vtkSphereSource
  6.      * 渲染关系:
  7.      * vtkSphereSource ---> vtkPolyDataMapper ---> vtkActor
  8.      */
  9.     // 步骤一：智能指针定义
  10.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource;
  11.     // 步骤二：智能指针实例化
  12.     pSphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
  13.     // 步骤三：设置球心坐标
  14.     pSphereSource->SetCenter(x, y, z);
  15.     // 步骤三：设置球体的半径
  16.     pSphereSource->SetRadius(r);
  17.     // 步骤四：设置球体的纬度分辨率，即球体纵向的切片数量（垂直/纵向精细度）
  18.     pSphereSource->SetPhiResolution(vNum);
  19.     // 步骤五：设置球体的经度分辨率，即球体横向的切片数量（横向/水平精细度）
  20.     pSphereSource->SetThetaResolution(hNum);
  22.     return pSphereSource;
  23. }
  25. vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> VTKManager::createPolyDataMapper(vtkSphereSource * pSphereSource)
  26. {
  27.     // 步骤一：智能指针定义
  28.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper;
  29.     // 步骤二：智能指针实例化
  30.     pPolyDataMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
  31.     // 步骤三：设置
  32.     pPolyDataMapper->SetInputConnection(pSphereSource->GetOutputPort());
  34.     return pPolyDataMapper;
  35. }
  36. vtkSmartPointer<vtkActor> VTKManager::createActor(vtkPolyDataMapper *pPolyDataMapper, double r, double g, double b)
  37. {
  38.     // 步骤一：智能指针定义
  39.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor;
  40.     // 步骤二：智能指针实例化
  41.     pActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
  42.     // 步骤三：设置映射器
  43.     pActor->SetMapper(pPolyDataMapper);
  44.     // 步骤四：设置颜色
  45.     pActor->GetProperty()->SetColor(r, g, b);
  47.     return pActor;
  48. }
  50. vtkSmartPointer<vtkActor> VTKManager::createActor(vtkPolyDataMapper *pPolyDataMapper, double r, double g, double b, double a)
  51. {
  52.     // 步骤一：智能指针定义
  53.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor;
  54.     // 步骤二：智能指针实例化
  55.     pActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
  56.     // 步骤三：设置映射器
  57.     pActor->SetMapper(pPolyDataMapper);
  58.     // 步骤四：设置颜色
  59.     pActor->GetProperty()->SetColor(r, g, b);
  60.     // 步骤五：设置透明度
  61.     pActor->GetProperty()->SetOpacity(a);
  63.     return pActor;
  64. }
  65. vtkSmartPointer<vtkRenderer> VTKManager::createRenderer(vtkActor *pActor)
  66. {
  67.     // 步骤一：智能指针定义
  68.     vtkSmartPointer<vtkRenderer> pRenderer;
  69.     // 步骤二：智能指针实例化
  70.     pRenderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
  71.     // 步骤三：设置映射器
  72.     pRenderer->AddActor(pActor);
  74.     return pRenderer;
  75. }
  77. vtkSmartPointer<vtkRenderer> VTKManager::createRenderer(std::vector<vtkActor *> listPActor)
  78. {
  79.     // 步骤一：智能指针定义
  80.     vtkSmartPointer<vtkRenderer> pRenderer;
  81.     // 步骤二：智能指针实例化
  82.     pRenderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
  83.     // 步骤三：设置映射器
  84.     for(int index = 0; index < listPActor.size(); index++)
  85.     {
  86.         pRenderer->AddActor(listPActor.at(index));
  87.     }
  89.     return pRenderer;
  90. }
复制代码
VTKWidget.cpp
  1. void VTKWidget::test_demo2_1_createSphere()
  2. {
  3.     // 步骤一：创建球体数据源
  4.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource1 =
  5.             VTKManager::createSphereSource(0, 0, 0, 10, 100, 100);
  6.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource2 =
  7.             VTKManager::createSphereSource(-20, 0, 0, 10, 100, 100);
  8.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource3 =
  9.             VTKManager::createSphereSource(20, 0, 0, 10, 100, 100);
  10.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource4 =
  11.             VTKManager::createSphereSource(0, 20, 0, 10, 100, 100);
  12.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource5 =
  13.             VTKManager::createSphereSource(0, -20, 0, 10, 100, 100);
  14.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource6 =
  15.             VTKManager::createSphereSource(0, 0, 20, 10, 100, 100);
  16.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource7 =
  17.             VTKManager::createSphereSource(0, 0, -20, 10, 100, 100);
  18.     // 步骤二：创建多边形映射器
  19.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper1 =
  20.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource1);
  21.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper2 =
  22.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource2);
  23.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper3 =
  24.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource3);
  25.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper4 =
  26.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource4);
  27.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper5 =
  28.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource5);
  29.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper6 =
  30.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource6);
  31.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper7 =
  32.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource7);
  33.     // 步骤三：创建演员
  34.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor1 =
  35.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper1, 1.0, 0.0, 0.0, 0.25);
  36.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor2 =
  37.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper2, 0.0, 1.0, 0.0, 0.25);
  38.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor3 =
  39.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper3, 0.0, 0.0, 1.0, 0.25);
  40.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor4 =
  41.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper4, 1.0, 1.0, 0.0, 0.25);
  42.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor5 =
  43.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper5, 0.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  44.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor6 =
  45.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper6, 1.0, 0.0, 1.0, 0.25);
  46.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor7 =
  47.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper7, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  49.     // 步骤四：创建渲染器
  50.     std::vector<vtkActor *> listActor;
  51.     listActor.push_back(pActor1);
  52.     listActor.push_back(pActor2);
  53.     listActor.push_back(pActor3);
  54.     listActor.push_back(pActor4);
  55.     listActor.push_back(pActor5);
  56.     listActor.push_back(pActor6);
  57.     listActor.push_back(pActor7);
  58.     vtkSmartPointer<vtkRenderer> pRenderer =
  59.             VTKManager::createRenderer(listActor);
  61.     // 步骤五：渲染器添加到QVTKWidget渲染
  62.     _pQVTKWidget->GetRenderWindow()->AddRenderer(pRenderer);
  63. }
  65. void VTKWidget::test_demo2_2_createSphere()
  66. {
  67.     // 步骤一：创建球体数据源
  68.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource1 =
  69.             VTKManager::createSphereSource(0, 0, 0, 10, 100, 100);
  70.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource2 =
  71.             VTKManager::createSphereSource(-20, 0, 0, 10, 100, 100);
  72.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource3 =
  73.             VTKManager::createSphereSource(20, 0, 0, 10, 100, 100);
  74.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource4 =
  75.             VTKManager::createSphereSource(0, 20, 0, 10, 100, 100);
  76.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource5 =
  77.             VTKManager::createSphereSource(0, -20, 0, 10, 100, 100);
  78.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource6 =
  79.             VTKManager::createSphereSource(0, 0, 20, 10, 100, 100);
  80.     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> pSphereSource7 =
  81.             VTKManager::createSphereSource(0, 0, -20, 10, 100, 100);
  82.     // 步骤二：创建多边形映射器
  83.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper1 =
  84.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource1);
  85.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper2 =
  86.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource2);
  87.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper3 =
  88.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource3);
  89.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper4 =
  90.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource4);
  91.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper5 =
  92.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource5);
  93.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper6 =
  94.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource6);
  95.     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper7 =
  96.             VTKManager::createPolyDataMapper(pSphereSource7);
  97.     // 步骤三：创建演员
  98.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor1 =
  99.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper1, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  100.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor2 =
  101.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper2, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  102.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor3 =
  103.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper3, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  104.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor4 =
  105.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper4, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  106.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor5 =
  107.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper5, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  108.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor6 =
  109.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper6, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  110.     vtkSmartPointer<vtkActor> pActor7 =
  111.             VTKManager::createActor(pPolyDataMapper7, 1.0, 1.0, 1.0, 0.25);
  113.     // 步骤四：创建渲染器
  114.     std::vector<vtkActor *> listActor;
  115.     listActor.push_back(pActor1);
  116.     listActor.push_back(pActor2);
  117.     listActor.push_back(pActor3);
  118.     listActor.push_back(pActor4);
  119.     listActor.push_back(pActor5);
  120.     listActor.push_back(pActor6);
  121.     listActor.push_back(pActor7);
  122.     vtkSmartPointer<vtkRenderer> pRenderer =
  123.             VTKManager::createRenderer(listActor);
  125.     // 步骤五：渲染器添加到QVTKWidget渲染
  126.     _pQVTKWidget->GetRenderWindow()->AddRenderer(pRenderer);
  127. }
复制代码
 工程模板v1.1.0

  
14.png


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森萌黠
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