VTK实现三维模型的导出保存，STL、OBJ和PLY等格式

基于之前的博客中实现的三维模型，将其导出保存为3D格式的文件，生成的文件可以使用通用的3D浏览器进行查看。附录的代码实现中各变量的命名使用可以查照之前的博客。

1.STL 保存

STL 文件格式，最早由美国的一家公司提出，是计算机实现三维数据打印的 一种通用格式文件。由于该格式文件存储方式简单，具有规范的接口格式，是现 阶段快速成型系统中被应用最多的一种标准文件格式，可以说市面上对其的应用 是十分广泛的，尤其是在医学影像和文物保护领域。STL 文件是通过很多小三角 形面片进行堆积来实现三维模型表面的构造的一种数据模型。但 STL 格式也存 在着一些不足，即它只能面熟三维结构模型的几何数据信息，文件的格式相对而 言简单，并不支持颜色和材质等详细信息。
在 VTK 中，STL 格式属于 vtkPoIyData 类型的文件格式。相关读写操作封 装在 vtkSTLReader 和 vtkSTLWriter 中。系统在完成对 DICOM 序列图像的三维 重建后，调用并实例化 vtkSTLWriter 类，创建该类的智能指针，通过类中的静 态函数 SetFileName()对写出文件命名，SetInputConnection()函数获取要写出的文 件数据，Write()和 Update()函数来实现最后的写出和状态更新，从而完成重建模 型的 STL 格式保存。
具体代码实现：

void NewWindow::exportSTL()   //导出为STL格式
{
   //获取保存路径
   QDir dir;
   QString file_path = QFileDialog::getSaveFileName(this, nullptr, "D:\\Bishe\\Project\\QtGuiApplication1", ".stl");
   if (file_path.isEmpty() == true) return;

   // 支持带中文路径的读取
   QByteArray ba = file_path.toLocal8Bit();
   const char* file_path_str = ba.data();

   QString file_path_str_q;
   file_path_str_q = file_path_str;
   ui->text_output->append(" File:\n" + file_path_str_q);//输出路径

   //减少三角网格
   vtkSmartPointer stlFilter = vtkSmartPointer::New();//对polyData处理
   stlFilter->SetInputData(this->polyData);

   //写出为STL格式
   vtkSmartPointer stlWriter = vtkSmartPointer::New();
   stlWriter->SetFileName(file_path_str);
   stlWriter->SetInputConnection(stlFilter->GetOutputPort());
   stlWriter->Write();
   stlWriter->Update();

}

2.OBJ保存

OBJ 文件格式，主要支持静态多边形模型，是一种标准 3D 模型文件格式。 在现阶段，市面上绝大部分知名的 3D 软件都支持对 OBJ 格式文件的相关读写， 因此是现阶段中最受欢迎的的文件格式。不过 OBJ 文件格式不足在于不能包含 动画、材质特性和动力学等信息，这方面是不如 PLY 文件格式。
在 VTK 中，OBJ 格式属于 VTKPoIyData 类型的文件格式。不同 STL 的读 写类，在 VTK 类库中，8.0 版本之前是通过 vtkOBJExporter 类来完成文件的写， 在 8.0 版本之后加入了 vtkOBJWriter 类，本系统开发则是基于 vtkOBJExporter 类实现。在 vtkOBJExporter 类中的文件写出不同 vtkOBJWriter 类对于单模型文 件数据的写，而是对场景的导出和写。系统在完成对 DICOM 序列图像的三维重 建后，调用并实例化 vtkOBJExporter 类，创建该类的智能指针，通过类中的静态 函数 SetFileName()对写出文件命名，SetInputConnection()函数获取要写出的文件 数据，Write()和 Update()函数来实现最后的写出和状态更新，从而完成重建模型 的 OBJ 格式保存。

void NewWindow::exportOBJ()   //导出为OBJ格式
{
   //获取保存路径
   QDir dir;
   QString file_path = QFileDialog::getSaveFileName(this, nullptr, "D:\\Bishe\\Project\\QtGuiApplication1", ".obj");
   if (file_path.isEmpty() == true) return;

   // 支持带中文路径的读取
   QByteArray ba = file_path.toLocal8Bit();
   const char* file_path_str = ba.data();

   QString file_path_str_q;
   file_path_str_q = file_path_str;
   ui->text_output->append(" File:\n" + file_path_str_q);

   vtkSmartPointer stlFilter = vtkSmartPointer::New();
   stlFilter->SetInputData(this->polyData);

   //写出为OBJ格式
   vtkSmartPointer porter = vtkSmartPointer::New();
   porter->SetFileName(file_path_str);
   porter->SetInputConnection(stlFilter->GetOutputPort());
   porter->Write();
   porter->Update();
}

3.PLY保存

PLY 文件格式，也可以理解为是指一种静态的多边形模型，是一种电脑档 案的格式。基于 OBJ 文件格式的基础，它对其有着进一步的改进优化，改进对 群组和任意属性了难以扩充的极大不足问题，并在此基础上提出了两个新的关键 词，“property”和“element”，从而实现了对“群组、点、面和资讯”等概念的 一个概括性表述。PLY 文件格式，不仅可以存储了通过对三维模型进行扫面获 得的一些关于模型的三维数值，同时也可以存储关于模型的颜色、透明度和表面 法向量等数据信息。在数据储存上，PLY 格式文件有着二元码和 ACSII 码两种 版本，版本之间也存在着很大差异。
PLY 格式文件则与 STL 格式相似，相关读写操作封装在 vtkPLYReader 和 vtkPLYWriter 中。系统在完成对 DICOM 序列图像的三维重建后，调用并实例化 vtkPLYWriter 类，创建该类的智能指针，通过类中的静态函数 SetFileName()对 写出文件命名，SetInputConnection()函数获取要写出的文件数据，Write()和 Update()函数来实现最后的写出和状态更新，从而完成重建模型的 PLY 格式保 存。

void NewWindow::exportPLY()   //导出为PLY格式
{
   //获取保存路径
   QDir dir;
   QString file_path = QFileDialog::getSaveFileName(this, nullptr, "D:\\Bishe\\Project\\QtGuiApplication1", ".ply");
   if (file_path.isEmpty() == true) return;

   // 支持带中文路径的读取
   QByteArray ba = file_path.toLocal8Bit();
   const char* file_path_str = ba.data();

   QString file_path_str_q;
   file_path_str_q = file_path_str;
   ui->text_output->append(" File:\n" + file_path_str_q);

   vtkSmartPointer stlFilter = vtkSmartPointer::New();
   stlFilter->SetInputData(this->polyData);

   //写出为PLY格式文件
   vtkSmartPointer  plywriter = vtkSmartPointer::New();
   plywriter->SetFileName(file_path_str);
   plywriter->SetInputConnection(stlFilter->GetOutputPort());
   plywriter->Write();
   plywriter->Update();
}

4.导出测试

在程序完成对 DICOM 序列图像的三维重建后，将重建后的模型导出并保存 为相应 3D 格式，导出文件具体如图 ：

根据上图中导出保存文件格式和文件数据大小可知，在同一导出格式，针对 不同 DICOM 序列图像文件重建后的模型数据大小不一样，如图中 456.obj 和 781.obj；针对同一 DICOM 序列图像文件选择不同导出格式后导出的三维图像文 件的数据大小也不一样，如图中 123.stl、456.obj 和 951.ply。总结下来可得出结 论，DICOM 序列图像文件数据越大，重建的模型数据就越大；导出为 PLY 格式 文件所需存储空间最小，导出为 STL 格式文件导出所需存储空间次之，导出为 OBJ 格式文件所需存储空间最大。

5.总结

对比几种导出的实现可以知道，使用VTK自带的函数实现对三维模型的导出保存基本流程是相同的，最大的不同就是使用的函数不同而已。VTK实现三维模型导出保存也不止以上几种格式，具体可以根据自己需求实现。

额外补充一点，以上导出的三维模型皆是面绘制实现的三维模型，针对体绘制实现的三维模型由于数据量加大，使用自带的函数是无法实现导出的，我在之前查阅资料过程中看见有人说需要自己重写相关函数，不过由于工作量较大就没有具体实现。