第05章 17 Contour 过滤器介绍与例子
vtkContourFilter 是 VTK（Visualization Toolkit）中的一个关键类，用于从输入数据生成等值线或等值面。它是基于阈值的过滤器，可以从标量字段中提取等值线或等值面。vtkContourFilter 的核心功能是根据用户指定的值生成等值线或等值面，并将其表示为多边形网格。
vtkContourFilter 的主要功能
- 等值线/等值面生成：根据用户指定的等值（通常是标量值）生成等值线或等值面。
- 多重等值线/等值面：可以同时生成多个等值线或等值面。
- 支持多种数据类型：可以处理结构化网格、非结构化网格、点云等多种数据类型。
- 插值：在生成等值线/等值面时，支持插值操作，以确保生成的表面平滑。
vtkContourFilter 的常用方法
SetValue(int index, double value)：设置第index个等值线的值为value。GenerateValues(int numContours, double range[2])：自动生成numContours个等值线，范围在range之间。SetInputData(vtkDataObject input)：设置输入数据。Update()：更新过滤器并生成输出数据。
vtkContourFilter 的衍生类
vtkContourFilter 是 VTK 中用于生成等值线/等值面的基础类。根据不同的应用场景和需求，VTK 提供了一些专门化的衍生类，这些类继承自 vtkContourFilter，并在其基础上进行了功能扩展或优化。以下是一些常见的 vtkContourFilter 衍生类：
1. vtkMarchingCubes
- 用途：用于从体积数据（如 CT 或 MRI 扫描数据）中提取等值面。
- 特点：使用 marching cubes 算法，能够生成高质量的多边形表面。
- 应用场景：医学图像处理、三维重建。
2. vtkDiscreteMarchingCubes
- 用途：专门用于处理离散数据（如标签映射数据），生成具有明确标签的等值面。
- 特点：生成的等值面具有清晰的边界，适用于分割结果的可视化。
- 应用场景：医学图像分割、地质数据可视化。
3. vtkFlyingEdges3D
- 用途：用于从三维体积数据中提取等值面。
- 特点：使用 flying edges 算法，相比于 marching cubes，计算速度更快，生成的表面质量更高。
- 应用场景：三维体积数据的实时渲染、体绘制。
4. vtkBandedPolyDataContourFilter
- 用途：用于生成带状等值线。
- 特点：可以生成多个连续的等值线，通常用于数据的可视化。
- 应用场景：气象数据中的等压线、地形数据中的等高线。
5. vtkSynchronizedTemplates3D
- 用途：用于从三维体积数据中生成等值面。
- 特点：使用同步模板算法，可以生成平滑的等值面。
- 应用场景：三维体积数据的可视化。
6. vtkSynchronizedTemplatesCutter3D
- 用途：类似于
vtkSynchronizedTemplates3D，但支持通过其他几何体进行切割。 - 特点：可以生成与特定几何体相交的等值面。
- 应用场景：定制化的三维数据可视化。
总结
vtkContourFilter 及其衍生类是 VTK 中用于生成等值线/等值面的核心工具。根据不同的应用场景和需求，用户可以选择合适的类来生成高质量的等值面。例如，vtkMarchingCubes 适用于医学图像中的三维重建，而 vtkFlyingEdges3D 则更适合实时渲染和体绘制。
1. vtkContourFilter
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int, char *[])
{
vtkSmartPointer sphere = vtkSmartPointer::New();
sphere->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
sphere->SetRadius(1.0);
vtkSmartPointer sample = vtkSmartPointer::New();
sample->SetImplicitFunction(sphere);
sample->SetModelBounds(-2.5, 2.5, -2.5, 2.5, -2.5, 2.5);
sample->SetSampleDimensions(50, 50, 50);
sample->SetCapping(true);
sample->SetCapValue(100);
sample->Update();
vtkSmartPointer contourFilter = vtkSmartPointer::New();
contourFilter->SetInputConnection(sample->GetOutputPort());
contourFilter->GenerateValues(5, 0.0, 1.0); // 生成5个等值面
contourFilter->Update();
vtkSmartPointer colors = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
mapper->SetInputConnection(contourFilter->GetOutputPort());
mapper->ScalarVisibilityOff();
vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
actor->SetMapper(mapper);
actor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor3d("MistyRose").GetData());
vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
renderWindow->AddRenderer(renderer);
vtkSmartPointer renderWindowInteractor = vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("SlateGray").GetData());
renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();
return 0;
}
解释
- 生成隐式几何体：使用
vtkSphere生成一个球体。 - 采样函数：使用
vtkSampleFunction对球体进行采样，生成一个标量场。 - 等值面生成：使用
vtkContourFilter从采样结果中提取多个等值面。 - 渲染：使用 VTK 的渲染管道将等值面显示出来。
2. vtkMarchingCubes
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int, char *[])
{
vtkSmartPointer sphere = vtkSmartPointer::New();
sphere->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
sphere->SetRadius(1.0);
vtkSmartPointer sample = vtkSmartPointer::New();
sample->SetImplicitFunction(sphere);
sample->SetModelBounds(-2.5, 2.5, -2.5, 2.5, -2.5, 2.5);
sample->SetSampleDimensions(50, 50, 50);
sample->SetCapping(true);
sample->SetCapValue(100);
sample->Update();
vtkSmartPointer marchingCubes = vtkSmartPointer::New();
marchingCubes->SetInputConnection(sample->GetOutputPort());
marchingCubes->SetValue(0, 0.0); // 生成单个等值面
marchingCubes->Update();
vtkSmartPointer colors = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
mapper->SetInputConnection(marchingCubes->GetOutputPort());
mapper->ScalarVisibilityOff();
vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
actor->SetMapper(mapper);
actor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor3d("MistyRose").GetData());
vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
renderWindow->AddRenderer(renderer);
vtkSmartPointer renderWindowInteractor = vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("SlateGray").GetData());
renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();
return 0;
}
解释
- 生成隐式几何体：使用
vtkSphere生成一个球体。 - 采样函数：使用
vtkSampleFunction对球体进行采样，生成一个标量场。 - 等值面生成：使用
vtkMarchingCubes从采样结果中提取单个等值面。 - 渲染：使用 VTK 的渲染管道将等值面显示出来。
3. vtkDiscreteMarchingCubes
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int, char *[])
{
vtkSmartPointer sphere = vtkSmartPointer::New();
sphere->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
sphere->SetRadius(1.0);
vtkSmartPointer sample = vtkSmartPointer::New();
sample->SetImplicitFunction(sphere);
sample->SetModelBounds(-2.5, 2.5, -2.5, 2.5, -2.5, 2.5);
sample->SetSampleDimensions(50, 50, 50);
sample->SetCapping(true);
sample->SetCapValue(100);
sample->Update();
vtkSmartPointer discreteMarchingCubes = vtkSmartPointer::New();
discreteMarchingCubes->SetInputConnection(sample->GetOutputPort());
discreteMarchingCubes->SetValue(0, 100); // 生成单个等值面
discreteMarchingCubes->Update();
vtkSmartPointer colors = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
mapper->SetInputConnection(discreteMarchingCubes->GetOutputPort());
mapper->ScalarVisibilityOff();
vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
actor->SetMapper(mapper);
actor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor3d("MistyRose").GetData());
vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
renderWindow->AddRenderer(renderer);
vtkSmartPointer renderWindowInteractor = vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("SlateGray").GetData());
renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();
return 0;
}
解释
- 生成隐式几何体：使用
vtkSphere生成一个球体。 - 采样函数：使用
vtkSampleFunction对球体进行采样，生成一个标量场。 - 等值面生成：使用
vtkDiscreteMarchingCubes从采样结果中提取单个离散等值面。 - 渲染：使用 VTK 的渲染管道将等值面显示出来。
4. vtkFlyingEdges3D
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int, char *[])
{
vtkSmartPointer sphere = vtkSmartPointer::New();
sphere->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
sphere->SetRadius(1.0);
vtkSmartPointer sample = vtkSmartPointer::New();
sample->SetImplicitFunction(sphere);
sample->SetModelBounds(-2.5, 2.5, -2.5, 2.5, -2.5, 2.5);
sample->SetSampleDimensions(50, 50, 50);
sample->SetCapping(true);
sample->SetCapValue(100);
sample->Update();
vtkSmartPointer flyingEdges = vtkSmartPointer::New();
flyingEdges->SetInputConnection(sample->GetOutputPort());
flyingEdges->GenerateValues(5, 0.0, 1.0); // 生成5个等值面
flyingEdges->Update();
vtkSmartPointer colors = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
mapper->SetInputConnection(flyingEdges->GetOutputPort());
mapper->ScalarVisibilityOff();
vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
actor->SetMapper(mapper);
actor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor3d("MistyRose").GetData());
vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
renderWindow->AddRenderer(renderer);
vtkSmartPointer renderWindowInteractor = vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("SlateGray").GetData());
renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();
return 0;
}
解释
- 生成隐式几何体：使用
vtkSphere生成一个球体。 - 采样函数：使用
vtkSampleFunction对球体进行采样，生成一个标量场。 - 等值面生成：使用
vtkFlyingEdges3D从采样结果中提取多个等值面。 - 渲染：使用 VTK 的渲染管道将等值面显示出来。
5. vtkBandedPolyDataContourFilter
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int, char *[])
{
vtkSmartPointer sphere = vtkSmartPointer::New();
sphere->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
sphere->SetRadius(1.0);
vtkSmartPointer sample = vtkSmartPointer::New();
sample->SetImplicitFunction(sphere);
sample->SetModelBounds(-2.5, 2.5, -2.5, 2.5, -2.5, 2.5);
sample->SetSampleDimensions(50, 50, 50);
sample->SetCapping(true);
sample->SetCapValue(100);
sample->Update();
vtkSmartPointer bandedContourFilter = vtkSmartPointer::New();
bandedContourFilter->SetInputConnection(sample->GetOutputPort());
bandedContourFilter->GenerateValues(5, 0.0, 1.0); // 生成5个带状等值线
bandedContourFilter->Update();
vtkSmartPointer colors = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
mapper->SetInputConnection(bandedContourFilter->GetOutputPort());
mapper->ScalarVisibilityOff();
vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
actor->SetMapper(mapper);
actor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor3d("MistyRose").GetData());
vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
renderWindow->AddRenderer(renderer);
vtkSmartPointer renderWindowInteractor = vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("SlateGray").GetData());
renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();
return 0;
}
解释
- 生成隐式几何体：使用
vtkSphere生成一个球体。 - 采样函数：使用
vtkSampleFunction对球体进行采样，生成一个标量场。 - 等值线生成：使用
vtkBandedPolyDataContourFilter从采样结果中提取多个带状等值线。 - 渲染：使用 VTK 的渲染管道将等值线显示出来。
6. vtkSynchronizedTemplates3D
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int, char *[])
{
vtkSmartPointer sphere = vtkSmartPointer::New();
sphere->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
sphere->SetRadius(1.0);
vtkSmartPointer sample = vtkSmartPointer::New();
sample->SetImplicitFunction(sphere);
sample->SetModelBounds(-2.5, 2.5, -2.5, 2.5, -2.5, 2.5);
sample->SetSampleDimensions(50, 50, 50);
sample->SetCapping(true);
sample->SetCapValue(100);
sample->Update();
vtkSmartPointer syncTemplates = vtkSmartPointer::New();
syncTemplates->SetInputConnection(sample->GetOutputPort());
syncTemplates->SetValue(0, 0.0); // 生成单个等值面
syncTemplates->Update();
vtkSmartPointer colors = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
mapper->SetInputConnection(syncTemplates->GetOutputPort());
mapper->ScalarVisibilityOff();
vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
actor->SetMapper(mapper);
actor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor3d("MistyRose").GetData());
vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
renderWindow->AddRenderer(renderer);
vtkSmartPointer renderWindowInteractor = vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("SlateGray").GetData());
renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();
return 0;
}
解释
- 生成隐式几何体：使用
vtkSphere生成一个球体。 - 采样函数：使用
vtkSampleFunction对球体进行采样，生成一个标量场。 - 等值面生成：使用
vtkSynchronizedTemplates3D从采样结果中提取单个等值面。 - 渲染：使用 VTK 的渲染管道将等值面显示出来。
这些示例代码展示了如何使用 vtkContourFilter 及其衍生类来生成等值线或等值面，并将其渲染出来。每个类都有其特定的应用场景和优势，可以根据具体需求选择合适的类。