VTK纹理映射

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 本文介绍VTK中纹理映射。

纹理映射

　　纹理映射是创建逼真效果的强大的图形工具，其原理是渲染时把二维的图像“贴”到物体的表面啥昂，根据二维图像渲染出丰富多彩的效果，所有也叫纹理贴图。纹理映射需要三个要素：待贴图的表面、纹理映射以及纹理坐标。其中纹理映射在VTK中就是vtkImageData的数据集，而纹理坐标则用于控制纹理图在表面的位置，作为被贴对象数据的属性。

vtkSmartPointer<vtkJPEGReader> reader = vtkSmartPointer<vtkJPEGReader>::New();
    reader->SetFileName("E:/TestData/texture.jpg");

    vtkSmartPointer<vtkTexture> texture = vtkSmartPointer<vtkTexture>::New();
    texture->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
    texture->InterpolateOn();           //纹理映射

    vtkSmartPointer<vtkPlaneSource> plane = vtkSmartPointer<vtkPlaneSource>::New();     //被贴图的表面

    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(plane->GetOutputPort());

    vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    actor->SetMapper(mapper);
    actor->SetTexture(texture);

将actor加入自己的vtkRenderer实例中，运行结果：

这里写图片描述

纹理映射原理

　　纹理映射（Texture Mapping）是将纹理空间中的纹理像素映射到屏幕空间中的像素的过程。纹理生成过程实质上是将所定义的纹理映射为某种三维物体表面的属性，并参与后续的光照计算。
　　实现纹理映射主要是建立纹理空间与模型空间、模型空间与屏幕空间之间的映射关系。其中纹理空间可以定义为u-v空间，每个轴坐标范围为(0,1)。其中对于一个纹理图像，其左下角uv坐标为（0, 0），右上角坐标为(1, 1)。而对于简单的参数模型，可以方便地建立模型与纹理空间的映射关系，比如球面、圆柱面等。然后根据图形学三维空间变换容易实现模型空间到屏幕空间的变换，因此最终显示在计算机屏幕的图像即是纹理映射后的结果。纹理映射示意图如下：

这里写图片描述

　　而对于无参数化曲面的纹理映射技术，通常需要将纹理空间到模型空间的映射分解为两个简单的映射。这里需要引入一个包围景物的中介三维曲面作为中介映射媒介。主要实现步骤如下：

先将二维纹理空间映射到一个简单的三维物体表面，例如球面、圆柱面等；
然后将上述中介物体表面的纹理映射到模型的表面，例如以模型表面法线与中介模型的交点作为映射点。
这样即实现由纹理空间到模型空间的映射。

vtkSmartPointer<vtkBMPReader> texReader =
        vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
    texReader->SetFileName("E:/TestData/masonry.bmp");

    vtkSmartPointer<vtkTexture> texture =
        vtkSmartPointer<vtkTexture>::New();
    texture->SetInputConnection(texReader->GetOutputPort());

    vtkSmartPointer<vtkXMLPolyDataReader> modelReader =
        vtkSmartPointer<vtkXMLPolyDataReader>::New();
    modelReader->SetFileName("E:/TestData/cow.vtp");

    vtkSmartPointer<vtkTextureMapToCylinder> texturemap =
        vtkSmartPointer<vtkTextureMapToCylinder>::New();
    texturemap->SetInputConnection(modelReader->GetOutputPort());

    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =
        vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(texturemap->GetOutputPort());

    vtkSmartPointer<vtkActor> actor =
        vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    actor->SetMapper(mapper);
    actor->SetTexture(texture);

将actor加入自己的vtkRenderer实例中，运行结果：

贴纹理前

贴纹理后
这里写图片描述

vtkTextureMapToCylinder通过一个圆柱面建立纹理空间到模型空间的映射关系。类似还有vtkTextureMapToPlane通过平面建立映射关系，vtkTextureMapToSphere通过球面建立映射关系。
查看这些类的源代码发现：

out->GetPointData()->SetTCoords(newTCoords)

说明纹理映射算法vtkTextureMapToPlane、vtkTexttureMapToSphere、vtkTextureMapToCylinder，主要作用是设置纹理坐标（即属性数据）。算法的输入数据和算法输出数据的几何结构和物理结构都是一样的。

如果不进行actor->SetTexture(),虽然有纹理坐标的属性数据，但是不显示纹理的。
如果不用纹理映射算法Filter，直接SetTexture()，则actor会自动设置纹理坐标的属性数据，来显示纹理。

vtkTexture描述中有Note that textures will only work if texture coordinates are also defined。
如果纹理图片某处是透明的，则纹理映射之后，也是透明的（设了SetColor后，透明处不显示颜色，不透明处显示颜色。）