VTK 基础

1.关于vtk

　　vtk是一个3D计算机图形学、图象处理及可视化工具包。

2.vtk可处理的数据类型

3.vtk使用流程

　　数据渲染时的流程：source→filter→mapper→actor→render→renderwindow→interactor

　　　　　　　　　　可视化流程

Source(数据源)：各个类型的图像数据。

Filter(过滤器)：对原始数据做一些操作，例如三角化、提取轮廓等。

Mapper(映射器)：把不同的数据类型，转成图形数据。

Actor(演员)：执行渲染mapper的对象。

Render(渲染器)：用于渲染图像。

RenderWindow(窗口)：可以理解成用于成像的一个平面。

Interactor(交互)：用于获取渲染窗口上发生的鼠标，键盘事件，提供了独立于平台的与渲染窗口进行交互的机制

4.相机(camera)

　　　　　　　　相机投影示意图

从图可以看出与相机投影相关的因素主要有：

相机位置：即相机所在的位置，用方法vtkCamera.setPosition()设置。

相机焦点：用方法vtkCamera.setFocusPoint()设置，默认的焦点位置在世界坐标系的原点。

朝上方向：即哪个方向为相机朝上的方向。就好比我们直立看东西，方向为头朝上，看到的东西也是直立的，如果我们倒立看某个东西，这时方向为头朝下，看到的东西当然就是倒立的。相机位置、相机焦点和朝上方向三个因素确定了相机的实际方向，即确定相机的视图。

投影方向：相机位置到相机焦点的向量方向即为投影方向。

投影方法：确定Actor是如何映射到像平面的。vtkCamera定义了两种投影方法，一种是正交投影(OrthographicProjection)，也叫平行投影(Parallel Projection)，即进入相机的光线与投影方向是平行的。另一种是透视投影(PerspectiveProjection)，即所有的光线相交于一点。

视角：透视投影时需要指定相机的视角(View Angle)，默认的视角大小为30º，可以用方法vtkCamera.setViewAngle()设置。

前后裁剪平面：裁剪平面与投影方向相交，一般与投影方向也是垂直的。裁剪平面主要用于评估Actor与相机距离的远近，只有在前后裁剪平面之间的Actor才是可见的。裁剪平面的位置可以用方法vtkCamera.setClippingRange()设置。

如果你想获取vtkRenderer里默认的相机，可以用方法vtkRenderer.getActiveCamera()。

5.坐标系

　　计算机图形学里常用的坐标系统主要有四种，分别是：Model坐标系统、World坐标系统、View坐标系统和Display坐标系统，以及两种表示坐标点的方式：以屏幕像素值为单位和归一化坐标值(各坐标轴取值都为[-1, 1])。它们之间的关系如图所示。

 　　　　　　Model、World、View和Display坐标系统

　　Model坐标系统是定义模型时所采用的坐标系统，通常是局部的笛卡尔坐标系。例如，我们要定义一个表示球体的Actor，一般的做法是将该球体定义在一个柱坐标系统里。使用的比较少。

　　World坐标系统是放置Actor的三维空间坐标系，Actor其中的一个功能就是负责将模型从Model坐标系统变换到World坐标系统。每一个模型可以定义有自己的Model坐标系统，但World坐标系只有一个，每一个Actor必须通过放缩、旋转、平移等操作将Model坐标系变换到World坐标系。World坐标系同时也是相机和光照所在的坐标系统。

　　View坐标系统表示的是相机所看见的坐标系统。X、Y、Z轴取值为[-1, 1]，X、Y值表示像平面上的位置，Z值表示到相机的距离。相机负责将World坐标系变换到View坐标系。

　　Display坐标系统跟View坐标系统类似，但是各坐标轴的取值不是[-1, 1]，而是使用屏幕像素值。屏幕上显示的不同窗口的大小会影响View坐标系的坐标值[-1, 1]到Display坐标系的映射。可以把不同的渲染场景放在同一个窗口进行显示，例如，在一个窗口里，分为左右两个渲染场景，这左右的渲染场景(vtkRenderer)就是不同的视口(Viewport)。例子Viewport演示了把一个窗口分为四个视口，用vtkRenderer.setViewport()来设置视口的范围(取值为[0, 1])。