python三维图形渲染-基于 pygtk + vtk 实现三维数据可视化（一）

Gtk+ 与三维图形渲染

Gtk+ 虽然优秀，但我当初考虑使用它来做三维图形渲染窗口时，发现官方没有提供对 OpenGL 图形渲染的集成支持。同类 GUI 库，譬如 Qt 与 wxWidgets，官方提供了一个专门用于渲染 OpenGL 图形的 widget（窗口部件）。

Gtk+有一个第三方库 gtkglarea，实现了用于显示 OpenGL 图形的 widget，但是这个库年久失修，并且没有跟进 Gtk+ 2.x，现在这个项目已经死掉了。

取 gtkglarea 项目而代之的是 gtkglext 项目。与 gtkglarea 相比，gtkglext 的实现更贴近于 gtk+ 的底层，从而也更灵活，可以让 gtk+ widget 从根本上兼容 OpenGL 图形渲染。我很奇怪为什么 gtk+ 官方不考虑将 gtkglext 并入 gtk+ 的标准组件中。

Gtk+ 与 VTK

虽然借助 gtkglext 库，gtk+ 程序可以很方便的实现 OpenGL 图形渲染，但是对基于 OpenGL 实现的高级三维图形渲染库 Vtk 的支持却很让人头疼。因为 Vtk 是 C++ 库，而 gtk+ 是 C 库，二者之间的对接很困难。

考虑到采用 C++ 语言对 C 库的实现进行封装，要比采用 C 语言来封装一个 C＋＋ 库更方便。如果用 C++ 语言对 gtk+ 库进行封装，从而将 gtk+ 与 vtk 放在同一种编程语言环境中，这样就可以有效降低 gtk+ 与 vtk 对接难度。再考虑如果采用可以同时实现与 C/C++ 混合编程的第三种编程语言，譬如 Python，基于该语言分别对 gtk+ 库与 vtk 库进行封装，也可以将 gtk+ 与 vtk 放到同一种编程语言环境中。

其实我觉得 vtk 采用 C++ 来实现是很不高明的，虽然采用 C++ 可以提高编程效率，但是随之而来的问题是降低了库的灵活性。如果 vtk 的实现像 OpenGL 那样体现为平坦的 C 库，那么现在就可以很方便做 C++、Python、Java、ruby 等高级语言的封装了。这只是我的个人浅见，这种浅见主要来自于 gtk+ 的成功，看看现在 gtk+ 的那么多种语言绑定就知道 vtk 有多么笨重了。

总之，要多快好省地实现 Gtk+ 与 Vtk 的对接，就应当为它们营造一个均等的编程语言环境。既然 Vtk 是笨重的 C++ 库，那么这等重任应当落在 gtk+ 身上了，这就涉及到 gtk+ 的语言绑定。

基于 python 的 Gtk+ 与 vtk 库的对接

Gtk+ 2.x 是一套非常成熟的跨平台 GUI 开发库，采用 C 语言实现，但是通过对库接口的封装 (Wrapper) 可以实现与各种高级语言的灵活绑定 (binding)，具体可参考 Gtk+ Bindings。目前应用比较广泛的 gtk+ Wrapper 是 gtkmm 与 pygtk，它们分别实现了 gtk+ 库接口的 c++ 绑定与 python 绑定。

当初我是从 C/C++ 开始学习编程的，但对 C++ 一向都心存畏惧，总也上升不到大牛们所谓的艺术高度。后来初次接触 python 时，一下子被其简洁明快的编程思想与风格深深地吸引住了。虽然一直都没怎么真正使用 python 写过程序，但是随着对 python 与 C 的混合编程能力的逐步了解，我对 C++ 残存的留恋也随风飘散了。用 C 来实现平坦的底层库，用 python 对库接口进行组装，这样即可满足程序的运行效率，又同时兼顾了程序实现效率。正是出于对 python 与 c 的信赖，我选择 pygtk 来做 GUI 程序，而不是 gtkmm。

对于本文所讨论的问题，即 gtk+ 与 vtk 的对接，由于 vtk 也提供了 python 绑定，这样基于 pygtk 与 vtk 的 python 绑定，再利用 gtkglext 库提供的 OpenGL 图形渲染功能，实现Gtk+ 与 vtk 库的对接就变得简单了。