VTK 的可视化方法：Glyph

VTK 的可视化方法：Glyph

模型的法向量数据是向量数据，因此法向量不能像前面讲到的通过颜色映射来显示。但是可以通过符号化（Glyphing）技术将法向量图形化显示。

Glyphing是一种基于图形的可视化技术，这些图像可以是简单的基本图形，如具有方向的椎体，也可以是更加复杂的图像。VTK中就是应用vtkGlyph3D类实现该功能的，并且可以支持Glyphing图形的缩放、着色、设置空间姿态等。使用该类时，需要接受两个输入：一个是需要显示的几何数据点集合；另一个是Glyph图形数据，为vtkPolyData数据。

标量、向量、张量

标量、向量、张量是可视化数据处理的 3 种数据类型。

• 标量（scalar）：只有一个数字的张量叫标量（也叫标量张量、零维张量、0D 张量）
• 向量（vector）：数字组成的数组叫作向量（vector）或一维张量（1D 张量）。一维张量只有一个轴。
• 张量（Tensor）：张量是一个多维数组，它是标量，向量，矩阵的高维扩展，是一个数据容器，张量是矩阵向任意维度的推广。

将多边形数据的采集点法向量标记成锥形符号

在读取和使用文件过程中，我们经常要用到法向量。这个例子展示了我们应该如何计算多边形数据的法向量并用vtkGlyph3D绘制圆锥型状将其标记出来。详细过程如下：

1. 读取vtk文件构建多边形数据集；
2. 使用vtkPolyDataNormals类计算多边形数据的 points 和 cell 的法向量，并将法向量由内侧翻转到外侧；
3. 使用vtkMaskPoints类采样部分数据，为总数的十分之一， 保留输入数据中的点数据及其属性；
4. 构建vtkGlyph3D对象，绘制形状设置为圆锥，将圆锥用一个过滤器做一个简单的偏移，数据源为采样点数据；
5. 绘制法向量数据和符号数据。

完整代码：

#include "VTKGlyph.h"

#include <vtkConeSource.h>
#include <vtkPolyDataReader.h>
#include <vtkPolyDataNormals.h>
#include <vtkMaskPoints.h>
#include <vtkTransform.h>
#include <vtkTransformPolyDataFilter.h>
#include <vtkGlyph3D.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>

VTKGlyph::VTKGlyph(QWidget* parent)
	: QMainWindow(parent)
{
	ui.setupUi(this);

	_pVTKWidget = new QVTKOpenGLNativeWidget();
	this->setCentralWidget(_pVTKWidget);
	// this->showMaximized();

	// 1. generate data
	// 创建法向量的符号：圆锥形
	vtkSmartPointer<vtkConeSource> cone = vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();
	cone->SetResolution(6);
	// or, read data
	vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader> reader = vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader>::New();
	reader->SetFileName("fran_cut.vtk");
	// 计算 poly data 中 points 和 cell 的法向量
	vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals> normals = vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals>::New();
	// 将多边形数据集作为法向量对象的数据输入
	normals->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
	// 将法线翻转，默认的法线方向指向内侧
	normals->FlipNormalsOn();
	// 由于读入的模型数据比较大，点比较多，因此使用 vtkMaskPoints 类采样部分数据，该类保留输入数据中的点数据及其属性，并支持点数据的采样
	vtkSmartPointer<vtkMaskPoints> maskPt = vtkSmartPointer<vtkMaskPoints>::New();
	maskPt->SetInputConnection(normals->GetOutputPort());
	// 设置采样率为 1/10
	maskPt->SetOnRatio(10);
	// 打开随机采样模式
	maskPt->RandomModeOn();
	// 偏移
	vtkSmartPointer<vtkTransform> transform = vtkSmartPointer<vtkTransform>::New();
	transform->Translate(0.5, 0, 0);

	// 2. filter
	vtkSmartPointer<vtkTransformPolyDataFilter> filter = vtkSmartPointer<vtkTransformPolyDataFilter>::New();
	// 将法向量的符号：圆锥形设置偏移
	filter->SetInputConnection(cone->GetOutputPort());
	filter->SetTransform(transform);

	vtkSmartPointer<vtkGlyph3D> glyph = vtkSmartPointer<vtkGlyph3D>::New();
	// 设置被标识的点
	glyph->SetInputConnection(maskPt->GetOutputPort());
	// 设置被偏移的符号
	glyph->SetSourceConnection(filter->GetOutputPort());
	// 设置向量为法线方向
	glyph->SetVectorModeToUseNormal();
	glyph->SetScaleModeToScaleByVector();
	// 设置比例，缩小法向量的大小
	glyph->SetScaleFactor(0.004);

	// 3. mapper
	vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> franMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
	vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> spikeMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();

	// 4. actor
	vtkSmartPointer<vtkActor> franActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
	vtkSmartPointer<vtkActor> spikeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();

	// 5. renderer
	vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
	renderer->SetBackground(0.3, 0.6, 0.3);

	// 6. connect
	franMapper->SetInputConnection(normals->GetOutputPort());
	spikeMapper->SetInputConnection(glyph->GetOutputPort());
	franActor->SetMapper(franMapper);
	spikeActor->SetMapper(spikeMapper);
	renderer->AddActor(franActor);
	renderer->AddActor(spikeActor);

	this->_pVTKWidget->renderWindow()->AddRenderer(renderer);
	this->_pVTKWidget->renderWindow()->Render();
}

VTKGlyph::~VTKGlyph()
{}

运行结果：

拉近摄像头，按W键切换成线框模式：

可以看出一个个小锥体都长在点上，代表网格的法向量。

参考

1. https://www.bilibili.com/video/BV1sY41197GT
2. https://blog.youkuaiyun.com/weixin_52194015/article/details/135698359