vtk学习之路—第一章

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

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

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 
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
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
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

vtkSmartPointerrenderer = vtkSmartPointer::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：

总结：

这是接触vtk的第一步，后序还需要加深各个类的理解。