《VTK图形图像开发进阶》第3章VTK基本数据结构——数据对象和数据集

3.1 可视化数据的基本特点

• 离散性
• 数据具有规则或不规则的结构（结构化与非结构化）
• 数据具有维度

3.2 数据对象和数据集

vtkDataObject

下图为vtkDataObject类的继承图

vtkDataSet

VTK里与数据集对应的类是vtkDataSet，该类从vtkDataObject直接派生。vtkDataSet由两个部分组成，即组织结构(Organizing Structure)以及与组织结构相关联的属性数据(Attribute Data)。

vtkDataSet的组织结构由拓扑结构(Topology)和几何结构(Geometry)两部分组成。拓扑结构描述了对象的构成形式，几何结构描述了对象的空间位置关系。换言之，点数据(Point Data)所定义的一系列坐标点构成了vtkDataSet数据集的几何结构；点数据的连接形式形成单元数据(Cell Data)，由单元数据形成了数据集的拓扑结构。

比如，想要在屏幕上显示一个三角形，首先必须定义三角形三个点的坐标(即Point Data，记三个点为P1、P2和P3)，然后将这三个点按照一定的顺序连接起来(P1-P2-P3，或者是P3-P2-P1的顺序)，这三个点定义了数据集的几何结构，它们的连接就构成了数据集的拓扑结构，亦即点数据定义了数据集的几何结构，单元数据定义数据集的拓扑结构，要形成完整的数据集，必须有几何和拓扑两种结构。

拓扑结构具有几何变换不变性（旋转、平移和放缩），属性数据是对拓扑结构和几何结构信息的补充，属性数据可以是某个空间点的温度值，也可以是某个单元的质量等。

示例3.2_TrianglePoints.cpp 【只定义了数据集的几何结构】

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkPolyDataWriter.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	//创建点数据
	vtkSmartPointer<vtkPoints> points = vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
	points->InsertNextPoint ( 1.0, 0.0, 0.0 );
	points->InsertNextPoint ( 0.0, 0.0, 0.0 );
	points->InsertNextPoint ( 0.0, 1.0, 0.0 );

	//创建vtkPolyData类型的数据，vtkPolyData派生自vtkPointSet，
	//vtkPointSet是vtkDataSet的子类。
	vtkSmartPointer<vtkPolyData> polydata = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();

	//将创建的点数据加入到vtkPolyData数据里
	polydata->SetPoints ( points );

	//将vtkPolyData类型的数据写入到一个vtk文件，保存位置是工程当前目录
	vtkSmartPointer< vtkPolyDataWriter > writer = vtkSmartPointer< vtkPolyDataWriter >::New();
	writer->SetFileName("triangle.vtk");
	writer->SetInputData(polydata);
	writer->Write();

	return EXIT_SUCCESS;
}

示例3.2_TriangleVertices.cpp 【定义了数据集的几何结构和点拓扑结构】

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkCellArray.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkPolyDataWriter.h>
#include <vtkPolyData.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    //创建点的坐标
    double X[3] = {1.0, 0.0, 0.0};
    double Y[3] = {0.0, 0.0, 1.0};
    double Z[3] = {0.0, 0.0, 0.0};

    //创建点数据以及在每个点坐标上加入(顶点)Vertex这种Cell
    vtkSmartPointer<vtkPoints> points = vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
    vtkSmartPointer<vtkCellArray> vertices = vtkSmartPointer<vtkCellArray>::New();

    for ( unsigned int i = 0; i < 3; ++i )
    {
        //定义用于存储点索引的中间变量，vtkIdType就相当于int或long型
        vtkIdType pid[1];

        //把每个点坐标加入到vtkPoints中，InsertNextPoint()返回加入的点的索引号，
        //下面我们需要使用这个索引号来创建Vertex类型的Cell
        pid[0] = points->InsertNextPoint ( X[i], Y[i], Z[i] );

        //在每个坐标点上分别创建一个Vertex，Vertex是Cell里的一种
        vertices->InsertNextCell ( 1,pid );
    }

    //创建vtkPolyData对象
    vtkSmartPointer<vtkPolyData> polydata = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();

    //指定数据集的几何(由points指定)，以及数据集的拓扑(由vertices指定)
    polydata->SetPoints ( points );
    polydata->SetVerts ( vertices );

    //将生成的数据集写到TriangleVerts.vtk文件里，保存在工程当前目录下
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataWriter> writer = vtkSmartPointer<vtkPolyDataWriter>::New();
    writer->SetFileName ( "TriangleVerts.vtk" );
    writer->SetInputData ( polydata );
    writer->Write();

    return EXIT_SUCCESS;
}

示例3.2_TriangleGeometryLines.cpp 【定义了数据集的几何结构和一维线拓扑结构】

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);


#include <vtkPoints.h>
#include <vtkLine.h>
#include <vtkCellArray.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataWriter.h>
#include <vtkPolyData.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
	//创建三个坐标点
	vtkSmartPointer<vtkPoints> points = vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
	points->InsertNextPoint ( 1.0, 0.0, 0.0 ); //返回第一个点的ID：0
	points->InsertNextPoint ( 0.0, 0.0, 1.0 ); //返回第二个点的ID：1
	points->InsertNextPoint ( 0.0, 0.0, 0.0 ); //返回第三个点的ID：2

	//每两个坐标点之间分别创建一条线
	//SetId()的第一个参数是线段的端点ID，第二个参数是连接的点的ID
	vtkSmartPointer<vtkLine> line0 = vtkSmartPointer<vtkLine>::New();
	line0->GetPointIds()->SetId ( 0,0 ); 
	line0->GetPointIds()->SetId ( 1,1 );

	vtkSmartPointer<vtkLine> line1 = vtkSmartPointer<vtkLine>::New();
	line1->GetPointIds()->SetId ( 0,1 );
	line1->GetPointIds()->SetId ( 1,2 );

	vtkSmartPointer<vtkLine> line2 = vtkSmartPointer<vtkLine>::New();
	line2->GetPointIds()->SetId ( 0,2 );
	line2->GetPointIds()->SetId ( 1,0 );

	//创建Cell数组，用于存储以上创建的线段
	vtkSmartPointer<vtkCellArray> lines = vtkSmartPointer<vtkCellArray>::New();
	lines->InsertNextCell ( line0 );
	lines->InsertNextCell ( line1 );
	lines->InsertNextCell ( line2 );

	vtkSmartPointer<vtkPolyData> polydata = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();

	//将点和线加入到数据集中，前者指定数据集的几何，后者指定其拓扑
	polydata->SetPoints ( points );
	polydata->SetLines ( lines );

	vtkSmartPointer<vtkPolyDataWriter> writer = vtkSmartPointer<vtkPolyDataWriter>::New();
	writer->SetFileName ( "TriangleLines.vtk" );
	writer->SetInputData ( polydata );
	writer->Write();

	return EXIT_SUCCESS;
}