第01章 17 在vtkDataSet中访问Point Data和Cell Data

在 VTK 中，为了高效地管理和访问 Point Data（点数据）和 Cell Data（单元数据），VTK 提供了专门的设计机制。这些机制使得用户可以方便地从 vtkDataSet 中获取和操作这些数据。以下是 VTK 中用于处理 Point Data 和 Cell Data 的核心概念和方法。

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1. vtkDataSet 中的数据结构

vtkDataSet 是 VTK 中所有数据集的基类，它不仅存储了几何信息（点、单元），还存储了与这些几何信息关联的属性数据（Point Data 和 Cell Data）。为了方便管理和访问这些数据，VTK 设计了以下核心组件：

(1) vtkPointData

• 含义：存储与点关联的属性数据。
• 用途：可以存储点的标量、矢量、张量、标量场、矢量场等数据。
• 访问方法：通过 vtkDataSet::GetPointData() 获取 vtkPointData 对象。

(2) vtkCellData

• 含义：存储与单元（几何形状的基本组成元素）关联的属性数据。
• 用途：可以存储单元的标量、矢量、张量、标量场、矢量场等数据。
• 访问方法：通过 vtkDataSet::GetCellData() 获取 vtkCellData 对象。

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2. 访问 Point Data 和 Cell Data 的具体方法

以下是一些常用的方法，用于从 vtkDataSet 中获取 Point Data 和 Cell Data。

(1) 获取 vtkPointData 和 vtkCellData 对象

vtkPointData* pointData = dataSet->GetPointData();
vtkCellData* cellData = dataSet->GetCellData();

• vtkPointData 和 vtkCellData 是 vtkDataSet 的成员变量，分别用于存储点数据和单元数据。

(2) 添加/获取标量数据

// 创建标量数据（例如温度场）
vtkNew<vtkDoubleArray> temperatureArray;
temperatureArray->SetName("Temperature"); // 设置数据名称
temperatureArray->SetNumberOfComponents(1); // 设置数据维度（标量）
temperatureArray->SetNumberOfTuples(numPoints); // 设置数据点数

// 将标量数据添加到 Point Data
pointData->AddArray(temperatureArray);

// 获取标量数据
vtkDataArray* retrievedArray = pointData->GetArray("Temperature");

• AddArray() 用于添加数据。
• GetArray() 用于获取数据。

(3) 设置活动标量/矢量

// 设置活动标量
pointData->SetActiveScalars("Temperature");

// 设置活动矢量
pointData->SetActiveVectors("Velocity");

• SetActiveScalars() 和 SetActiveVectors() 用于指定当前使用的标量场或矢量场。

(4) 获取单元数据

// 获取单元数据（例如单元类型）
vtkIdType cellId = 0; // 单元索引
vtkCell* cell = dataSet->GetCell(cellId);
int cellType = cell->GetCellType();

• GetCell() 用于获取单元的几何信息。
• GetCellType() 用于获取单元的类型。

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3. vtkPointData 和 vtkCellData 的设计机制

vtkPointData 和 vtkCellData 的设计遵循以下原则，以提高数据管理的灵活性和效率：

(1) 数据数组管理

• vtkPointData 和 vtkCellData 实际上是 vtkFieldData 的子类，vtkFieldData 是一个通用的数据数组容器。
• 它们使用 vtkDataArray（或其子类）来存储具体的属性数据。
• 每个 vtkDataArray 可以存储标量、矢量、张量等不同类型的数据。

(2) 数据数组的操作

• 支持添加、删除、查询和修改数据数组。
• 提供方法以指定活动数据（如标量或矢量）。

(3) 数据与几何的绑定

• Point Data 与数据集中的点一一对应。
• Cell Data 与数据集中的单元一一对应。
• 通过索引（vtkIdType）快速访问对应的数据。

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4. 示例代码

以下是一个完整的示例，展示如何向 vtkDataSet 添加 Point Data 和 Cell Data，以及如何访问这些数据。

#include <vtkNew.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkCellArray.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkDoubleArray.h>

int main() {
    // 创建点
    vtkNew<vtkPoints> points;
    points->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0);
    points->InsertNextPoint(1.0, 0.0, 0.0);
    points->InsertNextPoint(0.5, 1.0, 0.0);

    // 创建单元（三角形）
    vtkNew<vtkCellArray> cells;
    vtkNew<vtkIdList> idList;
    idList->InsertNextId(0);
    idList->InsertNextId(1);
    idList->InsertNextId(2);
    cells->InsertNextCell(idList);

    // 创建数据集（多边形数据）
    vtkNew<vtkPolyData> polyData;
    polyData->SetPoints(points);
    polyData->SetPolys(cells);

    // 添加 Point Data（温度场）
    vtkNew<vtkDoubleArray> temperatureArray;
    temperatureArray->SetName("Temperature");
    temperatureArray->SetNumberOfComponents(1);
    temperatureArray->SetNumberOfTuples(3); // 3 个点
    temperatureArray->SetValue(0, 20.0);
    temperatureArray->SetValue(1, 25.0);
    temperatureArray->SetValue(2, 30.0);
    polyData->GetPointData()->AddArray(temperatureArray);

    // 添加 Cell Data（标量场）
    vtkNew<vtkDoubleArray> cellScalarArray;
    cellScalarArray->SetName("CellScalar");
    cellScalarArray->SetNumberOfComponents(1);
    cellScalarArray->SetNumberOfTuples(1); // 1 个单元
    cellScalarArray->SetValue(0, 100.0);
    polyData->GetCellData()->AddArray(cellScalarArray);

    // 打印数据集信息
    polyData->Print(std::cout);

    // 获取 Point Data 并打印
    vtkDataArray* retrievedTempArray = polyData->GetPointData()->GetArray("Temperature");
    if (retrievedTempArray) {
        for (vtkIdType i = 0; i < retrievedTempArray->GetNumberOfTuples(); ++i) {
            std::cout << "Point " << i << " Temperature: " << retrievedTempArray->GetTuple1(i) << std::endl;
        }
    }

    // 获取 Cell Data 并打印
    vtkDataArray* retrievedCellArray = polyData->GetCellData()->GetArray("CellScalar");
    if (retrievedCellArray) {
        for (vtkIdType i = 0; i < retrievedCellArray->GetNumberOfTuples(); ++i) {
            std::cout << "Cell " << i << " Scalar: " << retrievedCellArray->GetTuple1(i) << std::endl;
        }
    }

    return 0;
}

输出结果

Point 0 Temperature: 20
Point 1 Temperature: 25
Point 2 Temperature: 30
Cell 0 Scalar: 100

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5. 总结

• vtkPointData 和 vtkCellData 是 VTK 中用于管理和访问与点或单元关联的属性数据的类。
• 通过 vtkDataSet::GetPointData() 和 vtkDataSet::GetCellData() 可以获取对应的 vtkPointData 和 vtkCellData 对象。
• vtkPointData 和 vtkCellData 支持添加、删除、查询和修改数据数组。
• 这些机制使得 VTK 能够高效地处理复杂的科学数据，并支持丰富的可视化和分析操作。