第01章-欢迎学习VTK

【译者:这个系列教程是以Kitware公司出版的《VTK User’s Guide -11th edition》一书作的中文翻译(出版时间2010年,ISBN: 978-1-930934-23-8)。由于时间关系,我们不能保证每周都能更新本书内容。但尽量做到一周更新一篇到两篇内容。敬请期待^_^。欢迎转载,另请转载时注明本文出处。谢谢合作!

同一时候,由于译者水平有限,出错之处在所难免,欢迎指出订正!


【本节相应原书中的第3页至第7页】


欢迎开启VTK之旅——《VTK用户指南》。VTK是一个开源的、面向对象的计算机图形、可视化和图像处理的软件系统。尽管VTK比較庞大、复杂,可是当你了解了它主要的面向对象的设计和实现的方法以后,你会发现VTK还是比較简单、比較easy入门的。

这本《VTK用户指南》的目的就是帮助你学习、熟悉各种重要的VTK类。

假设你读过这本书的其它版本号,你会发现我们已经開始使用“版次”(Edition Number)而不是VTK的“版本号号”(VersionNumber)来区分更新这本书了。这本书是《VTK用户指南》的“第11版次”(11thEdition)。

《VTK用户指南》的出版已经超过十一个年头,而这个版本号的用户指南的出版距离VTK的面世也超过了十六个年头。

尽管这本书是在VTK 5.6版本号公布前出版的,我们能够非常有信心地说,这本书中所列举的全部素材对VTK将来要公布的其它版本号也将会是有效的。VTK把“向后兼容”(Backwards Compatability)这个特性当作重中之重。或许某些新的特性在兴许的VTK版本号中会添加进来,显然不会在本书中一一罗列,并且某个现有的特性保持一成不变也是非常少有的。

VTK是一个庞大的系统。

因此,不可能完整的将全部VTK的类以及它们的方法都在这个指南中具体介绍。只是,这个指南将会向你介绍一些重要的系统概念,带领你沿着学习曲线尽可能高速、高效地学习。

一旦你掌握了这个基础,我们建议你利用好其它的学习资源,这些资源包含VTK Doxygen文档(http://www.vtk.org/doc/nightly/html/)以及VTK用户社区。

VTK是一个开源的软件系统。

这意味着成千上万的开发者和用户对这个系统做出了贡献。假设你发现VTK是一种实用的工具。我们鼓舞你贡献出Bug修正代码、算法、想法或者是应用程序回馈到VTK社区中。你也能够联系像Kitware这种商业公司来开发或者添加新的特性和工具。

1.1本书组织结构

这本用户指南共划分成三个部分,每一部分都细分为若干独立的章节。第一部分是VTK的概述,包含(下一章)怎样在计算机上安装VTK。即安装预编译库和可运行程序以及直接从源码编译。第一部分也介绍了主要的系统概念,包含系统架构概览、怎样使用C++、TCL、Java和Python这些编程语言创建应用程序。从某种程度上讲,第二部分是本书的核心。由于这一部分通过众多的样例来说明重要的系统特性。第三部分是针对VTK高级用户的,介绍了怎样创建自己定义的类、扩展系统以及与各种视窗和GUI系统进行整合。第19章罗列了部分VTK类的继承图。通过这些继承图能够对VTK类库之间的关系有个大概的认识,同一时候也对部分过滤器(Filter)做了简要的概括,以及对VTK文件格式的描写叙述。最后是本书的索引部分,借助它能够方便的检索本书的内容。

1.2怎样学习VTK

VTK的用户主要分为两类,第一类是使用C++创建类的开发者。第二类是使用C++类库来建立完整的应用程序的开发者。类开发者必须熟练掌握C++。假设你正在扩展或改动VTK,你必须同一时候熟悉VTK的内部结构和设计(第三部分所涵盖的内容)。应用程序开发者能够使用C++或者不用C++。由于编译好的VTKC++类库已经“封装”了TCL、Python、VB和Java等解释性语言。只是,作为一名应用程序开发者,你必须了解VTK对象的外部接口和他们之间的关系。

学习VTK的关键是熟悉它的对象并知道怎样组合他们。假设你是一位VTK刚開始学习的人,先从安装VTK软件系统開始学习。

假设你是一位类开发者,你可能会下载源码并编译它们。应用程序开发者可能只须要预编译库和可运行程序。

我们建议你通过研究样例程序(假设你是一位应用程序开发者)和源码(假设你是一位类开发者)来学习这个软件系统。

第三章中会对VTK软件系统中的一些关键概念作一个简要概览,然后在第二部分的样例中对这些内容进行回想。你也能够运行随源码公布的各种各样的样例,能够在源码的VTK/Examples文件夹中找到(请查看文件VTK/Examples/README.txt来获取各个子文件夹下演示样例的描写叙述)。在源码公布文件夹中也有非常多測试用例,如在VTK/Graphics/Testing/Tcl以及VTK/Graphics/Testing/Cxx。尽管大多数測试样例没有被载入文档的測试脚本,可是他们对了解VTK中的类怎样组合使用是相当实用的。

1.3VTK软件系统组织结构

接下来简要描写叙述一下各个源码文件夹中的内容,列举各个文件夹的软件功能、文档内容以及数据。

获取软件

能够通过以下两种方式訪问VTK的源码。

1. 从VTK站点(http://www.vtk.org)下载官方公布的源码。

2. 通过Git訪问VTK的源码(gitclone http://vtk.org/VTK.git VTK)。

这本用户指南假定你选择的VTK源码是官网公布的版本号。本书的写作时间是2009年9月份。在写作本书时我们考虑了VTK 5.4以及即将公布的VTK 5.6里的一些新特性。注意,本书的内容对VTK的兴许版本号也是相同适用。

另一点要注意的是。在过去的VTK公布的版本号号中。我们使用了一个主识别号来代表版本号的更新(如,VTK 4.4到VTK5.0),某种程度上也表示版本号的向后兼容性。可是随着版本号的频繁公布,我们可能会面临着公布VTK 5.10版本号(5.10可能会混淆某些用户。让人误会是5.2的前一个版本号。实际上它是在5.8之后公布的),或者会公布VTK6.0,而6.0会让人更加清楚版本号的向后兼容性,所以将来我们会选择公布VTK 6.0而不是VTK5.10(译者:非常显然,Kitware食言了,最后还是公布了VTK5.10,VTK 5的最后一个版本号是VTK5.10.1)。当更新版本号的VTK公布时。你还是能够阅读本书的内容,尽管某些最新的特性没有在本书中提到。但本书中的资源对于将来VTK公布的版本号仍会是适用的。假设想了解将来要公布的VTK的新特性,能够关注VTK的邮件列表(http://www.vtk.org/VTK/help/mailing.html)或是Kitware内部发行的免费刊物《Source》(http://www.kitware.com/products/thesource.html)。

我们强烈建议你使用VTK 5.4或者更高的VTK官方公布版本号。

官方公布版本号比Git版本号稳定性、一致性要更好以及经过严格的測试。当然,假设你一定要用VTK的最新版本号,就先查看一下VTK測试公告栏里的信息。VTK使用了Kitware的软件开发流程(SoftwareProcess)(http://www.kitware.com/solutions/softwareprocess.html)。在你更新Git仓库时,先确认測试公告栏是否为“绿色”。假设不是绿色,有可能所更新的版本号就会不稳定。

(见“Kitware’sQuality Software Process”一节,了解很多其它VTK代码质量控制公告栏等信息。

)

文件夹结构

開始学习VTK之前,首先有必要对VTK的文件夹结构做一个总体的认识。

即使你是选择预编译二进制文件的安装方式。了解这部分内容也有助你在VTK源码中更方便快捷地查找样例、代码以及文档文件。以下是VTK文档的组织结构:

l InfoVis– 包含了用于信息可视化的类。

l Views– 包含了对数据可视化的类,包含:过滤器(Filter)、可视化(Visualization)、交互(Interaction)和选择(Selection)。

l VTK/CMake– 用于跨平台编译的配置文件。

l VTK/Common– 核心的类

l VTK/Examples– 包含按主题归档的具体凝视的样例。

l VTK/Filtering– 可视化管道中与数据处理有关的类。

l VTK/GenericFiltering– VTK与外部模拟包的接口适配框架。

l VTK/Geovis– 用于地形可视化的视图、数据源和其它对象。

l VTK/Graphics– 处理3D数据的过滤器(Filter)。

l VTK/GUISupport– VTK与MFC和Qt等用户图形界面开发工具的接口类。

l VTK/Hybrid– 同一时候要求使用图形学和图像处理功能的类。

l VTK/Imaging– 图像处理过滤器。

l VTK/IO– 用于读写数据的类。

l VTK/Parallel– 支持并行处理类。如MPI。

l VTK/Rendering– 用于渲染的类。

l VTK/Utilities– 支持像expat, png, jpeg, tiff和zlib等软件库。

Doxygen文件夹包含了从源码里生成Doxygen文档的脚本和配置文件。

l VTK/VolumeRendering– 用于体绘制的类。

l VTK/Widgets– 3D Widget类。

l VTK/Wrapping– 支持对Tcl, Python和Java的封装。

文档

除了这本用户指南以及《The Visualization Toolkit AnObject-Oriented Approach to 3D Graphics》。你还能够获取到其它的文档资源。

Doxygen文档。Doxygen文档是学习VTK非常重要的文档工具,每一个web页上面都具体地描写叙述了VTK里每一个类的使用方法、数据成员、成员函数等。

文档里也列出了类的继承图以及与该类协同工作的其它类的关系图表。每一个文档都有链接到其它类以及源码的超链接。Doxygen文档可通过http://www.vtk.org/doc/nightly/html/在线訪问。

注意你所用的VTK版本号应该与Doxygen文档版本号一致。

头文件

每一个VTK类都是由一个.h头文件以及.cxx的实现文件构成。全部在头文件里声明的每一个成员函数都是对该类所提供的方法的一种高速检索。(其实,Doxygen文档也是通过这些头文件生成的)。

数据

VTK的程序用例以及測试样例里所用到的数据都能够在http://www.vtk.org上下载到,或者通过Git下载。

怎样使用Git能够訪问VTK官方网页。

1.4其它资源

这本用户指南只是学习VTK的可用资源之中的一个,以下列出了一些在线资源、服务、应用程序以及其它的出版物。相信这些资源对你学习VTK会有非常大的帮助。

l 与这本指南配套的教科书《The VisualizationToolkit An Object-Oriented Approach To 3D Graphics》深入解说了很多VTK里使用到的算法、数据结构等。

这本书是Kitware公司出版的。你能够在Kitware站点或者亚马逊站点上购买到。

l 《Source》是Kitware公司按季度发行的内部刊物,里面涵盖了Kitware公司的全部开源项目。一旦有新的功能加进VTK时,会有相关的文章发表在《Source》上。与VTK有关的其它实用的资源、入门等东西也会在季刊上发表。

你能够在线訪问《Source》(http://www.kitware.com/products/thesource.html)。或者通过邮箱注冊请求发送每期的《Source》季刊。

l VTK官网上含有大量的资源,如在线帮助文档、Wiki、常见问题解答、dashboard、bug跟踪以及vtkusers邮件列表的搜索引擎。

无论是刚開始学习的人还是经验丰富的开发者。Doxygen文档都是不可多得的好资源。

l vtkusers邮件列表能够让用户和开发者提问题以及接收别人的解答、公布更新、bug修复和改进的内容。以及提出改进系统的建议。

请訪问VTK官网查询怎样添加vtkusers邮件列表(注冊地址:http://public.kitware.com/mailman/listinfo/vtkusers)。

l Kitware公司开设了专业的培训课程。涵盖了Kitware公司的全部开源项目。包含VTK。ITK,CMake和ParaView等,每年在纽约北部地区举办两次。

另外Kitware公司也能够依据你的开发团队提供一些定制的培训课程。很多其它信息请訪问Kitware官网或者直接发邮件到courses@kitware.com咨询。

l Kitware公司也提供了商业支持和顾问。主要包含VTK专家辅助项目开发、依据你的项目具体说明书Kitware为你提供大规模的顾问等。你能够訪问Kitware官网或者发送邮件到sales@kitware.com获取很多其它信息。

l ParaView是用VTK实现的针对科学可视化的应用程序。可从http://paraview.org上下载。使用ParaView来学习VTK是比較不错的选择,由于你能够通过用户图形界面来熟悉VTK的大部分经常使用的功能。

这也是非常有參考价值的,你能够载入自己的数据,看看主要有哪些可视化技术是能够使用以及你自己希望具有什么样的性能等等。

l CMake是用于跨平台构建编译环境的开源工具。

对于VTK刚開始学习的人来说,只要掌握非常少的关于CMake的知识就能够在标准的Windows,Linux或Mac OSX平台上成功编译VTK。对于一些高级用户来说。他们会认为CMake在开发过程中起到的作用是相当明显的。要把VTK移植到非标准的平台上时就须要掌握很多其它的关于CMake的知识。

能够訪问CMake官网http://cmake.org了解很多其它的信息。

l CDash是VTK採用的用于源码測试的开源平台。你能够在VTK官网上找到VTK的測试公告栏(由CDash提供技术支持)。

公告栏显示了在不同的平台上经过測试的一些结果。对于一些在非标准的平台上进行开发的人员能够贡献他们的測试结果。10.8节中会有具体内容介绍Kitware的软件开发流程。

 

译者:国内眼下学习VTK入门的中文资料,主要有【东灵工作室】撰写以及整理的VTK系列教程。希望大家能多多支持我们,一起推动VTK在中华地区的发展。


【第1章 翻译完成】

转载于:https://www.cnblogs.com/xfgnongmin/p/10708623.html

VTK用户指南 版本4.0 William J. Schroeder 1998-2000 第一部分 VTK 介绍 第1 欢迎 机构-----------------------------------------------------------------------------------------------8 怎样使用VTK----------------------------------------------------------------------------------8 附加资源-----------------------------------------------------------------------------------------8 第2 安装 2.1 概述-----------------------------------------------------------------------------------------------9 2.2 安装VTK到Windows9x/NT/ME/2000/XP------------------------------------------------9 二进制安装-------------------------------------------------------------------------------------9 源代码安装-------------------------------------------------------------------------------------9 2.3 安装VTK到Unix操作系统 源代码安装------------------------------------------------------------------------------------10 运行CMake------------------------------------------------------------------------------------11 编译源代码 建立VTK多平台 安装VTK 第3 系统概述 3.1 系统设计---------------------------------------------------------------------------------------12 图形模型--------------------------------------------------------------------------------------13 可视化模型-----------------------------------------------------------------------------------15 3.2 创建一个应用---------------------------------------------------------------------------------19 用户方法、对象和命令--------------------------------------------------------------------19 Tcl----------------------------------------------------------------------------------------------19 C++---------------------------------------------------------------------------------------------20 Java Phthon Visual Basic/COM/ActiveX 3.3 在两种语言间转换 第二部分 通过例子学习VTK 第4 基础 4.1 创建1个简单的模型-------------------------------------------------------------------------24 程序化源对象---------------------------------------------------------------------------------24 读取源对象------------------------------------------------------------------------------------26 4.2 使用VTK交互器-----------------------------------------------------------------------------27 vtk绘制窗口交互器 交互风格 4.3 滤波数据---------------------------------------------------------------------------------------29 4.4 控制相机---------------------------------------------------------------------------------------30 安装相机 简单操作方法 控制视角方向 透视与正交视 保存与恢复相机状态 4.5 控制光线---------------------------------------------------------------------------------------32 位置光 4.6 控制3D道具-----------------------------------------------------------------------------------32 指定vtk道具3D位置 演员 演员的详细级 装配 体 vtk装载3D道具 4.7 作用纹理---------------------------------------------------------------------------------------37 4.8 拾取---------------------------------------------------------------------------------------------38 vtk装配路线 例子 4.9 vtk坐标和坐标系---------------------------------------------------------------------------40 4.10 控制vtk演员2D----------------------------------------------------------------------------41 4.11 注释--------------------------------------------------------------------------------------------41 2D注释 3D注释和vtk跟踪 4.12 特殊绘图类-----------------------------------------------------------------------------------44 尺度棒 X-Y绘制 边界盒轴 标记数据 4.13 变换数据--------------------------------------------------------------------------------------48 高级变换 第5 可视化技术 5.1 可视化VTK数据集vtkDataSet(和子类) -------------------------------------------------50 使用数据属性进行工作 颜色映射 轮廓化 浮雕化 流线图 流线表面 剪裁 融合数据 附加数据 用另外一个尺度给等值面赋颜色 抽取单元格子集 抽取单元格作为多边形数据 5.2 可视化多边形数据---------------------------------------------------------------------------67 手工产生多边形数据 产生表面当量 十比一抽取 平滑网格 粘贴数据 产生纹理坐标 5.3 可视化结构网格-----------------------------------------------------------------------------74 手工产生结构化网格 抽取计算平面 结构网格子样化 5.4 可视化直线网格-----------------------------------------------------------------------------76 手工产生VTK直线网格 抽取计算平面 5.5 可视化非结构网格--------------------------------------------------------------------------77 手工产生VTK非结构网格 抽取部分网格 非结构网格轮廓化 第6 可视化图像和体数据 6.1 VTK结构化点的历史表示-----------------------------------------------------------------80 6.2 手工产生VTK图像数据-------------------------------------------------------------------80 6.3 抽取图像数据子样--------------------------------------------------------------------------81 6.4 基于尺度值的弯曲--------------------------------------------------------------------------83 6.5 图像显示--------------------------------------------------------------------------------------83 图像观察者 图像演员 6.6 图像源-----------------------------------------------------------------------------------------85 2D帆布图像源 3D椭圆体图像源 高斯图像源 网格图像源 噪声图像源 正弦曲线源 6.7 图像处理--------------------------------------------------------------------------------------88 梯度化 高斯平滑 直方图 图像逻辑 重新切片 6.8 体绘制-----------------------------------------------------------------------------------------92 一个简单的例子 为什么会有多种体绘制技术? 产生一个VTK体 使用片层化函数 使用颜色变换函数 在一个体属性中控制颜色和透明度 在一个体属性中控制阴影 产生一个体映射 裁剪一个体 粘贴一个体 对一个体应用3D纹理 控制标准编码 体素光线计算 2D纹理映射 VolumePro绘制硬件 速度和精确度交替使用 使用vtkLODProp3D改善性能 可行性/局限性技术 第7 建立模型 7.1 隐模型----------------------------------------------------------------------------------------114 定义隐函数 对隐函数进行抽样 7.2 挤压-------------------------------------------------------------------------------------------117 7.3 构建表面-------------------------------------------------------------------------------------119 Delaunay三角形化 高斯油彩 无组织点产生表面 第三部分 VTK研发者指南 第8 数据接口和其他 8.1 读入器----------------------------------------------------------------------------------------130 多边形数据读入器 图像和体素读入器 数据集读入器 结构化网格读入器 线性网格读入器 非结构化网格读入器 8.2 写入器----------------------------------------------------------------------------------------131 多边形数据读入器 图像和体素读入器 结构化网格读入器 线性网格读入器 非结构化网格读入器 8.3 输入者----------------------------------------------------------------------------------------132 8.4 输出者----------------------------------------------------------------------------------------132 8.5 创建硬拷贝----------------------------------------------------------------------------------132 保存图像 保存大(高分辨率)图像 8.6 产生动画(使用样条) -----------------------------------------------------------------------134 8.7 使用现场数据工作--------------------------------------------------------------------------136 第9 贡献编码 9.1 编码补偿--------------------------------------------------------------------------------------141 为VTK贡献编码的条件 编码风格 如何贡献编码 9.2 标准方法: 创建和消除对象---------------------------------------------------------------142 9.3 拷贝对象和受保护的方法------------------------------------------------------------------143 9.4 写一个VTK类: 综述-----------------------------------------------------------------------144 找到一个相似类 识别一个超类 单个类Per.h 文件 必需的方法 文档编码 使用SetGet宏 向VTK中添加类 9.5 对象工厂--------------------------------------------------------------------------------------145 综述 如何写一个工厂 如何安装一个工厂 例子工厂 第10 流水线执行管理 10.1 执行过程--------------------------------------------------------------------------------------151 概述和术语 更新信息通道 传播更新扩展通道 触发异步更新通道 更新数据通道 10.2 使用流---------------------------------------------------------------------------------------162 第11 VTK数据对象接口 11.1 数据组---------------------------------------------------------------------------------------166 方法 11.2 数据集---------------------------------------------------------------------------------------169 11.3 VTK数据集接口---------------------------------------------------------------------------170 方法 例子 11.4 VTK图像数据接口-----------------------------------------------------------------------174 方法 例子 11.5 VTK点集接口-----------------------------------------------------------------------------176 方法 例子 11.6 VTK结构化网格接口---------------------------------------------------------------------178 方法 例子 11.7 VTK线性网格接口-----------------------------------------------------------------------178 方法 例子 11.8 VTK多边形数据接口---------------------------------------------------------------------179 方法 例子 11.9 VTK非结构化网格接口-----------------------------------------------------------------184 方法 例子 11.10 单元格接口(VTK单元格子类) ------------------------------------------------------185 11.11 其他接口----------------------------------------------------------------------------------187 点 单元格数组 单元格类型 单元格连接 11.12 现场和属性数据接口------------------------------------------------------------------193 现场数据方法 数据集属性方法 第12 如何写一个过程方法 12.1 概述----------------------------------------------------------------------------------------196 永远不要修改输入数据 参考计数数据 使用Debug宏 回收/删除截入的内在 修改时间 过程事件和异常终止执行 12.2 如何写一个绘图过滤器---------------------------------------------------------------199 概述 简单过滤器 复杂过滤器和流水线执行 抽取绘图过滤器 程序过滤器 重载流水执行方法 12.3 如何写一个图像过滤器---------------------------------------------------------------210 实现一个图像过滤器 第13 用窗口系统集成 13.1 绘制窗口交互风格--------------------------------------------------------------------------216 13.2 GUI交互的总指导线------------------------------------------------------------------------217 13.3 X Window, Xt, and Motif--------------------------------------------------------------------221 13.4 MS Windows/Microsoft Foundation Classes---------------------------------------------226 13.5 Tcl/Tk-------------------------------------------------------------------------------------------227 13.6 Java 第14 编码资源 14.1 对象图表--------------------------------------------------------------------------------------230 基础 单元格 数据集 流水线 源 过滤器 映射器 图形 体绘制 成像 OpenGL绘制器 拾取 变换塔形结构 14.2 过滤器总结-----------------------------------------------------------------------------------237 可视化过滤器 映射者对象 演员对象 14.3 VTK文件格式--------------------------------------------------------------------------------244 二进制文件 数据集属性格式 例子 第15 光盘 15.1 源代码 15.2 例子代码 15.3 Window 9x/NT/ME/2000/XP 预编译二进制 15.4 数据 15.5 文档 15.6 退化测试图像 15.7 Kitware 应用
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