VTK图形处理之颜色映射

颜色映射

　　颜色映射的操作对象是数据集中的标量属性。它是一种常用的 标量算法。它会根据数据集中各个部分不同的标量值，对各个部分上不同的颜色。与此相关的另一种上色方法是控制演员的颜色属性，但这样整个图形只有单一的颜色，这显然没有颜色映射方法灵活。
　　创建多边形数据集程序运行 结果显示的彩色立方体就用到了颜色映射。由于对 立方体的6个顶点设置了不同的标量值（点id），所以这6个点的颜色不同。至于立方体其他部分的颜色，也是通过标量值映射来的，不过这些标量值并不是手动设置，而是根据邻近的顶点的标量值，运用某种内插算法计算出来的。

颜色映射过程

　　假设有一个共256种颜色的查询表，且颜色的索引号范围为0~255，那么颜色映射就是将数据集的标量值映射到这些索引号的过程。在渲染时，与索引号对应的颜色将作为数据中相应部分的颜色显示出来。映射的方法如下图所示。
　　

　　上图中，scalar表示数据集中的标量值，index表示映射后的索引号。smin和smax表示的是标量值的映射范围（注意不是数据集中标量值的取值范围）。若一个标量值小于smin，则其映射的索引号为0；若一个标量值大于smax，其映射的索引号为255；若一个标量值在这个范围之间，则映射过程就是一个求一元一次函数值的过程，其对应的曲线是一条直线，不过需要对函数值取整。实际上，在范围外的标量值也可以被看作smin和smax，然后对其求函数值。
　　在VTK中，颜色映射的过程是由映射器mapper完成的。可以通过调用映射器的方法SetScalarRange()来设置标量值的范围[smin, smax]。映射过程只是为每个标量值确定了一个索引号，最终该标量值映射为何种颜色，还需要看颜色查询表中颜色的分配情况。如果不手动创建一个查询表，则映射器会使用一个默认的映射表。

示例演示

CMakeLists.txt文件代码如下：

CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.8)
PROJECT(LookupTableExample)
FIND_PACKAGE(VTK REQUIRED)
INCLUDE(${VTK_USE_FILE})
ADD_EXECUTABLE(LookupTableExample lookuptable.cpp)
TARGET_LINK_LIBRARIES(LookupTableExample ${VTK_LIBRARIES})

C++代码：

#include "vtkActor.h"
#include "vtkCellArray.h"
#include "vtkFloatArray.h"
#include "vtkPointData.h"
#include "vtkPoints.h"
#include "vtkPolyData.h"
#include "vtkPolyDataMapper.h"
#include "vtkRenderWindow.h"
#include "vtkRenderWindowInteractor.h"
#include "vtkRenderer.h"
#include <vtkLookupTable.h>
#include "vtkSmartPointer.h"

int main()
{
    int i;
    //定义立方体的顶点坐标
    static float x[8][3] = { { 0, 0, 0 }, { 1, 0, 0 }, { 1, 1, 0 }, { 0, 1, 0 },
    { 0, 0, 1 }, { 1, 0, 1 }, { 1, 1, 1 }, { 0, 1, 1 } };
    //定义单元，每4个顶点建立一个四边形单元，共计6个单元
    static vtkIdType pts[6][4] = { { 0, 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6, 7 }, { 0, 1, 5, 4 },
    { 1, 2, 6, 5 }, { 2, 3, 7, 6 }, { 3, 0, 4, 7 } };
    //创建对象
    vtkSmartPointer<vtkPolyData> cube = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();
    vtkSmartPointer<vtkPoints> points = vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
    vtkSmartPointer<vtkCellArray> polys = vtkSmartPointer<vtkCellArray>::New();
    //存储顶点
    for (i = 0; i < 8; i++)
        points->InsertPoint(i, x[i]);
    //设定单元
    for (i = 0; i < 6; i++)
        polys->InsertNextCell(4, pts[i]);

    //存储标量值
    vtkSmartPointer<vtkFloatArray> scalars = vtkSmartPointer<vtkFloatArray>::New();
    //设定每个顶点的标量值
    for (i = 0; i < 8; i++)
        scalars->InsertTuple1(i,  i*4);
    //创建多边形数据
    cube->SetPoints(points);
    //设定单元类型为多边形
    cube->SetPolys(polys);
    //设定每个顶点的标量值
    cube->GetPointData()->SetScalars(scalars);
    //定义颜色映射表
    vtkSmartPointer<vtkLookupTable> pColorTable = vtkSmartPointer<vtkLookupTable>::New();
    //设置颜色表中的颜色
    pColorTable->SetNumberOfColors(256);
    pColorTable->SetHueRange(0.67, 0.0);        //色调范围从红色到蓝色
    pColorTable->Build();
    //数据映射
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cubeMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    cubeMapper->SetInputData(cube);
    cubeMapper->SetScalarRange(0, 7);
    cubeMapper->SetLookupTable(pColorTable);
    vtkSmartPointer<vtkActor> cubeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    cubeActor->SetMapper(cubeMapper);

    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renWin = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renWin->AddRenderer(renderer);
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> iren = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    iren->SetRenderWindow(renWin);
    renderer->AddActor(cubeActor);
    renderer->SetBackground(1, 1, 1);
    renWin->SetSize(500, 500);
    renWin->Render();
    iren->Start();
    return 0;
}

运行结果:

分析

有时候，标量数据就是颜色值，并不需要通过查询表进行映射。对此，映射器提供了以下一些方法来进行控制。
● SetColorModeToDefault()该方法执行默认的映射器行为，即把unsigned char类型的标量属性数据当作颜色值，不执行隐式。对于其他类型的标量数据，将通过查询表映射。
● SetColorModeToMapScalars()无论变量数据是何种类型，该方法都通过查询表对标量数据进行映射。如果标量数据的每个元组有多个分量，则对第0个分量进行映射。　

注意事项：
1. 如果没有标量数据，则映射器将不能使用查询表控制对象的颜色。这时可以使用演员对象来控制颜色。
2. 如果想阻止颜色映射，可调用映射器的ScalarVisibilityOff()方法。

调用ScalarVisibilityOn()方法后，可以控制映射器的颜色映射行为：
● SetScalarModeToDefault()执行默认的映射行为：如果有点标量属性数据，则用其进行映射，如果没有点标量属性数据但有单元标量属性数据，则用单元标量属性数据进行映射，否则不映射。
● SetScalarModeToUsePointData()总是使用点标量属性数据进行映射的。如果没有嗲按标量属性数据，就不进行映射。
● SetScalarModeToUseCellData()总是使用单元标量属性数据进行映射的。如果没有单元标量属性数据，就不进行映射。
● SetScalarModeToUsePointFieldData()不使用点或单元标量属性数据，而是使用点属性数据中的一般属性数据来进行映射的。该方法应该与ColorByArrayComponent()结合使用，以用来指定用于颜色映射的数据。
● SetScalarModeToUseCellFieldData()不使用点或单元标量属性数据，而是使用单元属性数据中的一般属性数据来进行映射的。该方法应该与ColorByArrayComponent()结合使用，以用来指定用于颜色映射的数据。