VTK笔记——插值样条曲线采样

有时候我们想通过在样条曲线上得到更多的点,比如用这些点来与另一条曲线连通生成三角条,让曲线在可视化的时候分辨率更高,等等,就需要用到曲线插值采用。最常见的是样条曲线插值采样。
曲线已经有了情况下(关于如何生成样条曲线,可参照VTK笔记——插值样条曲线(Parametric Spline)),
在这里插入图片描述
接下来要在曲线上取更多的点。

曲线方程

直线,两点就可形成一条直线。通过数学表示的直线方程,可以求得直线上任意一点的坐标。同理,曲线也是如此。
vtk中,vtkParametricSpline包含有曲线方程,
vtkParametricSpline::Evaluate
vtkParametricSpline API及描述
通常,根据需求的不同,有两种方式

方式一

点的个数n固定,求步长step。

	vtkSmartPointer<vtkPoints> outPoints =
		vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
	int pointsCnt = 11; // n = 11
	double step = 1.0 / (pointsCnt - 1);
	// Fix bug: the result points n probably not enough
	//for (double i = 0; i <= 1; i += step)
	//{
	//	double u[] = {i, 0, 0};
	//	double p[3];
	//	spline->Evaluate(u, p, NULL);
	//	outPoints->InsertNextPoint(p);
	//}
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		double u[3] = { i * step, 0, 0 }, p[3];
		spline->Evaluate(u, p, nullptr);
		outPoints->InsertNextPoint(p);
	}
}

在这里插入图片描述

方式二

步长step一定,求点n的个数

#define DIS(p1, p2) (sqrt((p1[0]-p2[0])*(p1[0]-p2[0]) + (p1[1]-p2[1])*(p1[1]-p2[1]) + (p1[2]-p2[2])*(p1[2]-p2[2])))
	vtkSmartPointer<vtkPoints> outPoints =
		vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();

	double totalLen = DIS(p0, p1) + DIS(p1, p2);
	double start = 0;
	double step = .5;

	while (start <= totalLen)
	{
		double u[] = { start/totalLen, 0, 0 };
		double p[3];
		spline->Evaluate(u, p, NULL);
		outPoints->InsertNextPoint(p);
		start += step;
	}

在这里插入图片描述

示例代码

#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkParametricSpline.h>
#include <vtkParametricFunctionSource.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkGlyph3DMapper.h>

int main(int, char *[])
{
	double p0[3] = { 1.0, 0.0, 0.0 };
	double p1[3] = { 3.0, 2.0, 0.0 };
	double p2[3] = { 5.0, 0.0, 0.0 };

	vtkSmartPointer<vtkPoints> points =
		vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
	points->InsertNextPoint(p0);
	points->InsertNextPoint(p1);
	points->InsertNextPoint(p2);

	vtkSmartPointer<vtkParametricSpline> spline =
		vtkSmartPointer<vtkParametricSpline>::New();
	spline->SetPoints(points);

	// Method1
#if (0)
	vtkSmartPointer<vtkPoints> outPoints =
		vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
	int pointsCnt = 11;
	double step = 1.0 / (pointsCnt-1);
	for (double i = 0; i <= 1; i = i + step)
	{
		double u[] = {i, 0, 0};
		double p[3];
		spline->Evaluate(u, p, NULL);
		outPoints->InsertNextPoint(p);
	}
#else
	// Method2
#define DIS(p1, p2) (sqrt((p1[0]-p2[0])*(p1[0]-p2[0]) + (p1[1]-p2[1])*(p1[1]-p2[1]) + (p1[2]-p2[2])*(p1[2]-p2[2])))
	vtkSmartPointer<vtkPoints> outPoints =
		vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();

	double totalLen = DIS(p0, p1) + DIS(p1, p2);
	double start = 0;
	double step = .3;

	while (start <= totalLen)
	{
		double u[] = { start/totalLen, 0, 0 };
		double p[3];
		spline->Evaluate(u, p, NULL);
		outPoints->InsertNextPoint(p);
		start += step;
	}
#endif

	vtkSmartPointer<vtkParametricSpline> outSpline =
		vtkSmartPointer<vtkParametricSpline>::New();
	outSpline->SetPoints(outPoints);

	vtkSmartPointer<vtkParametricFunctionSource> functionSource =
		vtkSmartPointer<vtkParametricFunctionSource>::New();
	functionSource->SetParametricFunction(outSpline);
	functionSource->Update();

	vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> splineMapper =
		vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
	splineMapper->SetInputConnection(functionSource->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkActor> splineActor =
		vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
	splineActor->SetMapper(splineMapper);

	vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource =
		vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
	sphereSource->SetPhiResolution(21);
	sphereSource->SetThetaResolution(21);
	sphereSource->SetRadius(.05);

	vtkSmartPointer<vtkPolyData> splinePointsData =
		vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();
	splinePointsData->SetPoints(outPoints);

	vtkSmartPointer<vtkGlyph3DMapper> splinePointsMapper =
		vtkSmartPointer<vtkGlyph3DMapper>::New();
	splinePointsMapper->SetInputData(splinePointsData);
	splinePointsMapper->SetSourceConnection(sphereSource->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkActor> pointsActor =
		vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
	pointsActor->SetMapper(splinePointsMapper);
	pointsActor->GetProperty()->SetColor(1, 0, 0);

	vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer =
		vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
	vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
	renderWindow->SetSize(600, 600);
	renderWindow->AddRenderer(renderer);
	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

	renderer->AddActor(splineActor);
	renderer->AddActor(pointsActor);

	renderWindow->Render();
	renderWindowInteractor->Start();

	return EXIT_SUCCESS;
}

Example Download

Reference
vtkParametricSpline Class Reference
在这里插入图片描述

<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何使用VTK进行B样条曲线拟合的问题。首先,我需要回顾用户提供的引用内容,看看是否有相关的信息。用户引用了几个关于VTK中使用CurveSpline、B样条插值以及生成样条曲线点的内容,特别是引用[2]和引用[4]提到了vtkParametricSpline和生成曲线点的代码。 接下来,我需要确认VTK中B样条曲线拟合的具体方法。根据我的知识,VTK中的vtkParametricSpline类可以用来创建参数化的样条曲线,它可能支持B样条。不过,用户可能需要更直接的B样条拟合方法,比如使用vtkCardinalSpline或者vtkKochanekSpline等。但根据引用[2],用户提供的示例使用的是vtkParametricSpline,并且设置了控制点,这可能就是VTK中实现B样条拟合的方式。 然后,我需要整理出一个步骤清晰的教程,包括创建控制点、设置样条函数、生成曲线数据以及可视化。需要确保代码示例正确,并且解释每一步的作用。同时,要注意用户提到的需要生成相关问题,所以最后还要列出几个相关问题,比如性能优化、应用场景等。 需要注意的是,用户引用的内容中有提到Matlab绘制包络线,这可能与曲线平滑有关,但当前问题集中在VTK的B样条拟合,所以可能不需要涉及这部分。另外,引用[5]提到了拟合样条曲线笔记,可能需要参考其中的渲染部分,确保代码中包含正确的渲染设置。 最后,检查代码是否符合VTK的当前版本,避免使用过时的方法。例如,vtkParametricSpline的正确使用方式,以及如何将参数范围设置为0到1,并通过Evaluate方法生成点。同时,确保引用的标注正确,比如引用[2]和[4]在适当的位置引用。</think>### VTK实现B样条曲线拟合的方法 在VTK中实现B样条曲线拟合主要依赖$vtkParametricSpline$类和样条控制点设置。以下是具体实现步骤及代码示例: --- #### **步骤1:创建控制点数据** 使用$vtkPoints$定义样条曲线的控制点序列: ```python import vtk # 创建控制点(示例为螺旋线) points = vtk.vtkPoints() points.InsertNextPoint(0, 0, 0) points.InsertNextPoint(1, 1, 0.5) points.InsertNextPoint(2, 0, 1) points.InsertNextPoint(3, -1, 1.5) ``` --- #### **步骤2:配置B样条参数** 通过$vtkParametricSpline$设置闭合性、控制点等参数[^2]: ```python spline = vtk.vtkParametricSpline() spline.SetPoints(points) spline.ClosedOff() # 设置开曲线(ClosedOn为闭合) spline.SetParameterizeByLength(True) # 按长度参数化 ``` --- #### **步骤3:生成样条曲线点** 利用$vtkParametricFunctionSource$生成离散化曲线点[^4]: ```python function_source = vtk.vtkParametricFunctionSource() function_source.SetParametricFunction(spline) function_source.SetUResolution(50) # 设置采样点数 function_source.Update() ``` --- #### **步骤4:可视化与渲染** 通过管线连接实现可视化: ```python # 创建Mapper和Actor mapper = vtk.vtkPolyDataMapper() mapper.SetInputConnection(function_source.GetOutputPort()) actor = vtk.vtkActor() actor.SetMapper(mapper) actor.GetProperty().SetColor(1, 0, 0) # 红色曲线 # 渲染设置 renderer = vtk.vtkRenderer() renderWindow = vtk.vtkRenderWindow() renderWindow.AddRenderer(renderer) interactor = vtk.vtkRenderWindowInteractor() interactor.SetRenderWindow(renderWindow) renderer.AddActor(actor) renderWindow.Render() interactor.Start() ``` --- #### **关键参数说明** - `ClosedOn/ClosedOff`:控制曲线闭合性 - `SetUResolution`:决定曲线平滑度(值越大越精细) - `SetParameterizeByLength`:按控制点间距参数化 ---
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