Vtk userguide

組織：分為三部分，parti通用介紹，如VTK安裝方法；part ii是核心部分，提供了大量的示例；partiii介紹高級應用，如何創建自己的類。

HOW TO USEVTK

vtk創建者和應用者。創建或修改必須熟悉C++，并且知悉VTK的編程約定；對于應用者可以從TCL，PYTHON，VB，JAVA，VC等中選擇自己熟悉的語言，但需熟悉VTK的對象接口及其關系。

ADDITIONRESOURCES

The Visualization ToolktAn Object-Oriented Approach to 3D Graphics(2rdEdition):該書詳細描述了VTK中的多個算法，數據結構等。

http://public.kitware.com/：提供有在線手冊，FAQ和用戶郵件列表等

http://public.kitware.com/VTK/doc/nightly/html：在線VTK文檔

http://www.barre.nom.fr/vtk/links.html：SebastienBarre的網站

Installation

Windows

直接下載安裝文件，執行setup.exe

安裝后文件包含5個部分：

vtkNNCore：用于Windows的VTKDLL

vtkNNCpp：用于VC++的文件和庫

vtkNNTcl:用于Tcl的文件和庫

vtkNNJava::用于Java的文件和庫

vtknnPython::用于Python的文件和庫

CMake:從源碼構建VTK的工具

源碼安裝

SystemOverview

對于VTK的系統的概述：介紹基本系統概念和對象模型抽象

VTK由兩個基本子系統構成：已編譯C++類庫和已解釋的封裝器用于其他語言，如Tcl，java，Python等

VTK本身是基于OO模型構建的，因此僅需理解主要對象就可以構建應用系統：圖形模型GraphicsModel和可視化模型Visualization Model

The GraphicsModel

下面是一些常用的核心對象：

vtkActor, vtkActor2D,vtkVolume--vtkProp和／或vtkProp3D的子類

vtkLight--燈光

vtkCamera--鏡頭，照相機

vtkProperty,vtkProperty2D--

vtkMapper,vtkMapper2D--vtkAbstractMapper的子類

vtkTransform--

vtkLookupTable,vtkColorTransferFunction--vtkScalarsToColors的子類

vtkRender

vtkRenderWindow

vtkRenderWindowInteractor

可以通過對上述對象的組合形成場景Scene。

Props表示在場景所見到的物體。三維場景中的通常是vtkProp3D對象，如vtkActor,vtkVolume等；二維場景中的則通常是vtkActor2D對象。

Props不能直接表示其幾何形狀，通過其相關的mappers表示。

Props還可以通過屬性對象控制其外觀，如顏色，燈光，繪制方式等。

Actors和Volumes具備內部轉換對象vtkTransform，其封裝了4＊4的變換矩陣，可以調整其幾何參數（位置，朝向和縮放）。

燈光vtkLight對象用于設置場景中的燈源，只能用于3D場景。

相機對象vtkCamera控制3D物體如何投影成2D圖形。只在3D場景有必要設置。可以控制幾何參數以及投影方式：正交投影和透視投影。

繪圖器vtkMapper對象以及相關的查找表vtkLookupTable對象用于變換和繪制幾何圖形。mapper提供了可視化管道和圖形模型之間的接口。

渲染器vtkRenders對象和渲染窗口vtkRenderWindow對象用于管理圖形引擎和計算機視窗系統之間的接口。一個渲染窗口可以同時支持多個渲染器。渲染器作圖的區域即為視口viewport。

場景交互可以通過vtkRenderWindowInteractor對象完成。操作相機，拾取物體，激活用戶定義的方法，進入或退出透視投影以及設置actors的某些屬性。

上述描述的類通常都有特殊行為的子類，如vtkAssembly,vtkFollower,vtkLODActor均是vtkActor的子類。vtkAssembly允許層次式組織actors；vtkFollwer是一個總是面向指定相機的actor，尤其對于文本和廣告顯示是十分有用的；vtkLODActor是允許改變角色actors的幾何表示的actor

圖像數據ImageData：vtkImageData

矩陣線性數據RectilinearGrid：vtkRectilinearGrid，其數據組織形式是行列方向線性增長

結構化數據vtkStructuredGrid，無結構化數據點，多邊形數據vtkPolyData，無結構化柵格數據vtkUnstructuredGrid

圖形管道的作用是將圖形數據轉換成圖片。可視化管道的作用是將信息轉換成圖形數據。換句話說，就是可視化管道是用于構造幾何表達，而后經由圖形管道渲染。
VTK使用數據流的形式轉換，其中涉及兩個基本對象：vtkDataObject和vtkProcessObject。

DataObject數據對象：
???表示不同類型的數據。數據的組織形式由vtkDataSet對象表示。由幾何和拓撲結構（點和穴）組成。

DataSet數據集：圖像數據ImageData：vtkImageData
矩陣線性數據Rectilinear Grid：vtkRectilinearGrid，其數據組織形式是行列方向線性增長
結構化數據vtkStructuredGrid，無結構化數據點，多邊形數據vtkPolyData，無結構化柵格數據vtkUnstructuredGrid

? 屬性數據：單個數據Scalar，3D方向和幅度Vector:(u, v,w)；3D方向Normal:(nx, ny, nz), |n|=1，n維索引數據到文理的映射TextureCoordinate，n*n矩陣Tensor，陣列數據vtkFieldArray，其中每一列可以是不同類型的數據。
Cell：是點的拓撲組織，構成數據集的基本形式，用作點之間的插值信息。

處理對象vtkProcessObject：也稱作過濾器，濾波器，將已有數據處理形成新的數據。代表了系統所用的算法。Process和數據對象連接在一起形成可視化管道，即數據流網絡。

－－－－－－－－?????????－－－－－－－－??????????－－－－－－－－－???????? －－－－－－－－
｜Source?????????｜????????｜Filter????????｜??????????｜Filter???N???????｜????????｜Mapper?????? ｜
｜?????????????????｜－－－ ｜ ???????????????｜－－－??｜??????????????????｜－－－｜??????????????｜－－－－－－－－－Graphics Interface
｜DataObject???｜?????????｜Data Ojbect??｜?????????? ｜DataObject????｜?????????｜?????????????? ｜
－－－－－－－－??????????－－－－－－－－??????????－－－－－－－－－???????? －－－－－－－－
源Source對象：通過讀取文件或重構數據對象產生數據。
過濾器Filter：將輸入數據處理后生成新的數據，其中輸入或輸出數據可以單個，或多個Source object
繪圖器Mapper：位于圖形模型中，將數據轉成圖形數據（可由圖形引擎渲染）
Writer：是一種Mapper，可以將數據寫入文件或輸出流中。

管道拓撲：使用方法aFilter->SetInput(anotherFilter->GetOutPut());的不同變體來構成。多輸入和多輸出時類似。

控制管道執行的機制：僅執行必須更新的部分，使用懶惰賦值方法Lazyevaluation（當數據被請求時才求值）。

管道組裝：必須滿足前后兩級濾波器的輸出與輸入兼容。（這對于編譯型語言可以在編譯時檢查，解釋型則會到運行時出錯）

管道執行：決定數據是否緩存或保留。這對于系統性能至關重要。VTK使用引用計數方法確定數據對象的生存期，并提供方法關啟數據緩存或截取流數據片段。

VTK學習筆記4--管道執行 (2007-05-22 10:44:00)

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? PipelineExecution
<--------------------------------Update()方法的方向--------------------------------------------------
Source--->Filter---->Mapper------>Actor<-------------Render()
-------------------------------數據生成方向------------------------------------------->
通常不需手動激活Update()方法：濾波器是嵌入在可視化管道內
其中的Render方法經常用于初始化數據請求

Image Processing
VTK中2D和3D數據都稱作vtkImageData。
圖像數據對象是一個規則的，軸向組織的數組。
處理對象Process在管道中總是輸入和輸出圖像數據對象。
體繪制使用3D vtkImageData
幾乎所有的處理對象在圖像管道中都是多線程的，且有能力分段處理流數據（滿足用戶指定的內存限制）。
濾波器可以自動感知系統中的有效處理器的數目，并在執行過程中創建多線程，以及自動分割數據成片段。 VTK學習筆記5－－創建應用程序 (2007-05-22 10:42:16)

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Create An Application

User Methods, Observers, and Commands

Callback/User method：在VTK中使用Subject/Observer和Command設計模式。
vtkObject中的每個子類都具有AddObserver()方法，可以用于設置觀察者－－捕獲對象的事件。

在其示例Examples程序中有不同語言的示例。

回調函數：
myCallback:public vtkCommand{
???static myCallback *New() {return new myCallback;}
???virtual void Execute(vtkObject *caller, unsigned long, void*callData){ cerr << "Starting toRender...n";}
};
通常在Execute中無需處理調用者對象。如用，則可以用類型重塑方法vtkRenderer::SafeDownCast(caller)。

不同語言之間的切換比較直接，因為類名和方法名稱都是相同的，不同的只是不同語言的語法。

VTK設計流程：讀取、產生數據－－過濾－－渲染－－交互
VTK學習筆記6－－事件管理 (2007-05-22 10:41:17)

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源數據對象：程序源對象Procedural SourceObject和閱讀器源對象Reader Source Object

Procedural Source Object：

Reader Source Object：

vtkRenderWindowInteractor：控制相機camera和角色actor；兩種交互模式：位置joystick和移動trackball。
Interactor可以支持同一窗口中的多個渲染器。
默認的按鍵：
j/t：開關控制joystick(位置）和trackball（移動）
c/a：開關控制camera(相機）和actor（對象）模式
Button1：旋轉相機，沿著focal point；或角色actor，沿著其原點
Button2：搖攝相機或平移角色
Button3：縮放相機或角色
3：開關控制場景立體模式。對于配備水晶眼LCD立體眼睛，需要激活SetStereoTypeToCrystalEyes()
e：退出應用程序
f：設定當前光標位置為焦點focal point
p：執行拾取操作。基于vtkPropPicker對象。
r：沿著當前視向復位相機。將actors移到中心位置，移動相機確保所有角色可見。
s：改變所有角色的表示成surfaces。
u：激活用戶自定義的方法。
w：改變所有角色的表示成wireframe。
可以自定義自己的類或者重新覆蓋這些默認的行為。
默認行為還具備激活燈源的作用，LightFollowCameraOn()方法使燈源和相機的位置與焦點同步，默認為頭燈headlight。

Interactor Styles
兩種截然不同的方法控制交互方式。
一、使用vtkInteractorStyle的子類對象。使用vtkRenderWindowInteractor::SetInteractorSytle(vtkInteractorSytleFlight::New())
二、直接管理事件循環。在Linux中可以使用vtkmm與GTKMM合成使用，必須基于gtkglextmm組件。?
VTK學習筆記7－－數據過濾、相機控制 (2007-05-22 10:40:15)

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過濾器使用SetInput()和GetOutput()方法進行設置。
如對于數據縮小濾波器可以使用vtkShrinkPolyData。
其中輸入源必須與輸出源類型兼容，但即使不兼容，可視化管道也能維持運行。

3D場景中會默認設定相機和燈光。

初始化相機

vtkCamera* cam1 = vtkCamera::New();
cam1->SetClippingRange(0.0475572,2.337786);??????????????//參數分別為沿著視向的近、遠剪切面的距離
cam1->SetFocalPoint(0.052665, -0.129454,-0.0573973);?????//焦點：世界坐標系，控制相機方向
cam1->SetPosition(0.327637, -0.116299,-0.256418);????????//位置：世界坐標系，設置相機位置
cam1->ComputeViewPlaneNormal();??????????????????????????//重置視平面法向，基于當前的位置和焦點。否則會出現斜推剪切效果
cam1->SetViewUp(-0.0225386, 0.999137,0.034901);????????//設置相機的“上”方向
ren1->SetActiveCamera(cam1);???????????????????????????? //設置渲染器的相機

設置已有的相機
cam1 =ren1->GetActiveCamera();???????????????????????? //獲取渲染器的相機
cam1->Zoom(1.4);????????????????????????????????????????????//放大相機，通過改變視角（SetViewAngle()），
另外，也可以使用Dolly()方法沿著視平面法向移動相機，實現放大或縮小可見角色物體。
基于焦點，使用Azimuth()和Elevation()方法設置相機的方位角和高度角／仰角（度，degree）［球坐標系統］。
注意其中在南極和北極存在奇異點，即視向量平行于視平面法向。此時可以使用OrthogonalizeViewUp()方法強制其正交。但這會改變相機坐標系統。

正交投影vs透視投影
vtkCamera::ParallelProjectionOn()開啟平行／正交投影。此時需通過SetParallelScale()方法控制角色物體的縮放。Zoom不再有效。

http://shenaodong.blogchina.com/viewdiary.15515438.html
VTK學習筆記8－－燈源控制 (2007-05-22 10:38:08)

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vtkLight：方向光
常用方法：
SetColor：設置RGB顏色
SetFocalPoint：設置焦點
SetPosition：設置位置

繪制器vtkRender::AddLight()方法加入燈源。
通常來說燈源的焦點和位置設置成相機一樣，即頭燈。

點光源設置：使用PositionalOn()方法，同時使用SetConeAngle()方法設置其覆蓋范圍，如設為180則無點源效果。

http://shenaodong.blogchina.com/viewdiary.15515463.html
VTK學習筆記9--Prop控制 (2007-05-22 10:35:56)

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vtkProp3D是3D場景中props的抽象父類，其支持縮放，平移和旋轉幾何變換。
vtkActor是通過幾何圖元構成的prop，如多邊形和直線等。

SetPositon(x, y,z)--設置在世界坐標系中的位置
AddPosition(delaX, deltaY,deltaZ)--平移，沿著各個軸
RotateX(theta),RotateY(theta), RotateZ(theta)--分別沿著三個軸旋轉角度，單位為度degree
SetOrientation(x, y,z)--設置方向，先繞z軸旋轉，而后是x軸，而后是y軸
AddOrientation(a1, a2,a3)－－增加方向量
RotateWXYZ(theta, x, y,z)--沿著給定的（x，y，z）向量旋轉theata角度
Scale(sx, sy,sz)--縮放
SetOrigin(x, y,z)--指定prop的原點。該點是作為其旋轉和縮放的參考點。

重點是要注意其中的變換順序，順序不同結果會不同。在VTK中，其變換順序是：
先平移到原點－－縮放－－繞Y軸旋轉－－繞X軸旋轉－－繞Z軸旋轉－－在從原點恢復－－平移

來源：http://shenaodong.blogchina.com/viewdiary.15515615.html
vtk學習筆記11--Picking拾取 (2007-05-22 10:35:15)

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Pick拾取是很普通的可視化任務。vtk中根據當前的光標位置激活vtkAbstracPicker對象的Pick()方法。
其返回的內容根據拾取的類型而定，可能是最簡單的全局坐標，或者是穴，單元格，點，參數坐標，vtkProp，組裝路徑等。
拾取語法：Pick(SelectionX,selectionY, selectionZ,Renderer)其中Renderer中的actor都有可能被選擇。
通常，selectionZ設置成0.0。當然，典型的用法是不必直接調用上述方法，而是通過vtkRenderWindowInteractor管理拾取操作。 VTK學習筆記10--Actor角色／演員 (2007-05-22 10:31:18)

標簽：科學?

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?vtkActor是vtkProp3D的一個可以實作的子類，提供渲染的屬性，如表面屬性［環境，漫反射，鏡面反射顏色等］，表示［面或線框］，紋理映射，幾何體定義［mapper］等。
定義幾何體：演員的幾何形狀是由SetMapper()方法確定。如
vtkPolyDataMapper* mapper = vtkPolyDataMapper::New();
mapper->setInput(aFilter->GetOutput());
vtkActor* actor = vtkActor::New();
actor->SetMapper(mapper);
上述的mapper使用分析圖元如點，線，多邊形和三角面片繪制幾何體。mapper是可視化管道的終點，也是可視化管道和圖形管道的橋梁。
ACTOR Properties：演員提供vtkProperty的實例，其控制actor的表現、外觀。
具體有顏色，表示［點，線框，面］，光影模式［平面，Gouraud］，透明度［相對透明度］，環境，漫反射，鏡面反射顏色等。
Actor color：其分量值為［0，1］
可以使用SetColor()直接設定；也可以分別設定環境，漫反射，鏡面反射顏色。
注意：顏色設置僅當actor的mapper中沒有標量數據時才有效。默認mapper輸入標量數據顏色設置actor時，actor的顏色被忽略。
可以通過忽略標量數據ScalarVisibilityOff()方法。
透明度設置：需要考慮渲染順序。可以使用深度排序濾波器vtkDepthSortPolyData沿著視向將多邊形排序。
組裝：可以使用vtkAssembly將多個部件組裝后形成一個新的整體。AddPart()方法加入新的部分(actor演員)。其中組裝體不能設置屬性，必須尤其部分設定。
Volumes：vtkVolume用于體繪制。類似于vtkActor。其相關的屬性對象類型為vtkVolumeProperty。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于VTK User Guide和VTK Textbook学习的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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