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Python使用VTK系列之渲染流程分析

來源: 責編: 時間:2023-11-15 09:20:10 255觀看
導讀VTK(Visualization Toolkit)的渲染流程涉及多個組件和步驟。首先給出一個典型的VTK代碼的渲染流程示意圖:當我們使用VTK來創建可視化程序時,渲染流程可以簡單地理解為以下幾個步驟:準備場景:就像準備一個舞臺一樣,我們需要選

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VTK(Visualization Toolkit)的渲染流程涉及多個組件和步驟。首先給出一個典型的VTK代碼的渲染流程示意圖:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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當我們使用VTK來創建可視化程序時,渲染流程可以簡單地理解為以下幾個步驟:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

準備場景:就像準備一個舞臺一樣,我們需要選擇一個合適的場景,比如創建一個球體或其他形狀的對象。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

建立舞臺:類似于在舞臺上布置道具和角色,我們需要通過設置圖形管線將對象轉換為可顯示的實體,并為它們設置位置、大小和外觀屬性。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建攝影機和燈光:就像在拍攝電影時需要一個攝影機和合適的燈光一樣,我們需要創建一個虛擬的攝影機來定義觀察者的位置和視角,以及提供照明效果的燈光。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建渲染窗口:就像準備一個放映屏幕一樣,我們創建一個渲染窗口,用于最終顯示渲染結果。在渲染窗口中,我們可以設置窗口的大小和標題等屬性。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

渲染并顯示:就像播放電影一樣,我們開始讓VTK渲染整個場景,并將結果顯示在渲染窗口中。VTK會根據攝影機的位置和角度,應用燈光效果,并將渲染結果呈現出來。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

交互操作:就像與電影互動一樣,我們可以通過交互操作來控制渲染窗口中的場景。例如,我們可以旋轉、縮放或平移視圖,以便查看場景的不同部分或改變觀察角度。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

這樣,VTK程序的渲染流程就完成了。通過準備場景、搭建舞臺、設置攝影機和燈光、創建渲染窗口,并進行渲染和交互操作,我們可以實現目標可視化效果并與之互動。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

下面是對VTK渲染流程的全面剖析:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

使用VTK進行對應流程轉換,轉換示意如下圖所示:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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數據準備階段:

  • 創建數據源:使用VTK提供的數據源類創建幾何體或數據集,如vtkSphereSource、vtkCylinderSource等。
  • 設置數據源屬性:根據需求設置數據源的各種屬性,如幾何體的大小、位置、顏色、紋理等。

圖形管線(Pipeline)配置階段:

  • 數據源連接到Mapper:創建Mapper對象將數據源與圖形管線連接起來,Mapper將數據源中的幾何信息轉換為可視化對象。
  • Mapper連接到Actor:創建Actor對象將Mapper添加到場景中,Actor定義了可視化對象在場景中的位置、姿態和外觀。

場景構建階段:

  • 創建Renderer:創建Renderer對象作為可視化空間,容納各個Actor,并進行光照、背景等的設置。
  • 將Actor添加到Renderer:使用Renderer對象的AddActor()方法將Actor添加到Renderer中。

渲染窗口配置階段:

  • 創建RenderWindow:創建RenderWindow對象作為可視化結果的主窗口,提供窗口的大小、標題等設置。
  • 將Renderer添加到RenderWindow:使用RenderWindow對象的AddRenderer()方法將Renderer添加到RenderWindow中。

交互與渲染階段:

  • 創建交互式窗口(RenderWindowInteractor):用于接收用戶的交互操作,如旋轉、縮放和平移場景。
  • 將RenderWindow與RenderWindowInteractor關聯:使用RenderWindowInteractor對象的SetRenderWindow()方法將RenderWindow設置給RenderWindowInteractor。
  • 啟動交互模式:調用RenderWindowInteractor對象的Start()方法,開始進入交互模式,渲染結果在窗口中顯示。

渲染循環:

  • 提交渲染請求:在交互模式下,用戶對場景進行交互操作,如旋轉、縮放等,觸發RenderWindow進行渲染。
  • 渲染器執行渲染:RenderWindow負責根據Renderer中的內容進行渲染操作,生成圖像并在窗口中顯示。
  • 循環處理交互事件:RenderWindowInteractor負責接收和處理用戶的交互事件,實時更新場景的顯示狀態。

通過以上流程,VTK能夠完成數據準備、管線配置、場景構建、渲染窗口配置、交互處理等一系列操作,實現數據的可視化效果??梢愿鶕唧w需求,對每個階段進行定制化的設置和擴展,并結合VTK提供的豐富功能和類庫,實現復雜而精美的可視化效果。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

現在結合編寫代碼試試,在Python中使用VTK(Visualization Toolkit)進行渲染的如下:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

Python代碼

import vtk# 創建數據源sphere_source = vtk.vtkSphereSource()sphere_source.SetRadius(1.0)# 創建Mapper并連接到數據源mapper = vtk.vtkPolyDataMapper()mapper.SetInputConnection(sphere_source.GetOutputPort())# 創建Actor并連接到Mapperactor = vtk.vtkActor()actor.SetMapper(mapper)# 創建Rendererrenderer = vtk.vtkRenderer()renderer.AddActor(actor)renderer.SetBackground(0.1, 0.2, 0.4)  # 設置背景顏色# 創建RenderWindow并將Renderer添加進去render_window = vtk.vtkRenderWindow()render_window.AddRenderer(renderer)render_window.SetSize(800, 600)  # 設置窗口大小render_window.Render()# 創建交互式窗口interactor = vtk.vtkRenderWindowInteractor()interactor.SetRenderWindow(render_window)# 開始交互模式interactor.Start()

代碼分析:

首先,我們導入了vtk模塊,以便使用VTK庫中的類和方法。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

使用vtkSphereSource()創建了一個球體的數據源對象sphere_source。通過sphere_source.SetRadius(1.0)設置球體的半徑為1.0。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建了一個vtkPolyDataMapper對象mapper,并使用mapper.SetInputConnection(sphere_source.GetOutputPort())將數據源sphere_source連接到Mapper。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建了一個vtkActor對象actor,并使用actor.SetMapper(mapper)將Mapper連接到Actor。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建了一個vtkRenderer對象renderer,并使用renderer.AddActor(actor)將Actor添加到Renderer中。通過renderer.SetBackground(0.1, 0.2, 0.4)設置渲染器的背景顏色為深藍色。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建了一個vtkRenderWindow對象render_window,并使用render_window.AddRenderer(renderer)將Renderer添加到RenderWindow中。通過render_window.SetSize(800, 600)設置渲染窗口的大小為800x600像素。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

調用render_window.Render()方法進行渲染,將渲染結果顯示在窗口中。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

創建一個vtkRenderWindowInteractor對象interactor,并使用interactor.SetRenderWindow(render_window)將RenderWindow與RenderWindowInteractor關聯。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

調用interactor.Start()方法進入交互模式,啟動渲染窗口的事件循環,處理用戶的交互操作。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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如果我們將數據改為源椎體的話,那么得到的就是如圖:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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替換數據源的代碼如下:sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

# 創建一個圓錐體源cone_source = vtk.vtkConeSource()cone_source.SetHeight(3.0)cone_source.SetRadius(1.0)cone_source.SetResolution(100)# 創建Mapper并連接到數據源mapper = vtk.vtkPolyDataMapper()mapper.SetInputConnection(cone_source.GetOutputPort())...

以上代碼實現了一個簡單的VTK渲染流程,創建了一個球體的可視化,并展示在窗口中。用戶可以通過交互式窗口旋轉、縮放、平移等操作來查看和操作場景。根據需求,可以通過VTK提供的豐富類和方法進行定制化開發,實現更復雜的渲染效果。sHV28資訊網——每日最新資訊28at.com

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