VTK修炼之道45：图形进阶_vtkPolyData属性数据

前一个实验显示结果中的图像是白色的，而图形颜色与vtkPolyData属性数据息息相关。由于并未指定任何颜色和属性数据，因此在显示时默认以白色显示。

属性数据包括点属性和单元属性。可以为vtkPolyData的点数据和单元数据分别指定属性数据。

属性数据可以是标量，如点的曲率；可以是向量，如点或者单元的法向量；也可以是张量，主要在流场中较为常见。

颜色可以直接作为一种标量属性数据，设置到相应的点或者单元数据中，这也是最直接的一种图形着色方式。

下面的实例代码仅是对上例图形进行着色：

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL);#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkPolygon.h>
#include <vtkTriangle.h> 
#include <vtkCellArray.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkUnsignedCharArray.h> //Attribution
#include <vtkPointData.h>
#include <vtkCellData.h>
///
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>int main()
{//几何结构数据：点集vtkSmartPointer<vtkPoints> pts =vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();pts->InsertNextPoint(0.0, 0.0, 0.0);pts->InsertNextPoint(1.0, 0.0, 0.0);pts->InsertNextPoint(1.0, 1.0, 0.0);pts->InsertNextPoint(0.0, 1.0, 0.0);pts->InsertNextPoint(2.0, 0.0, 0.0);//拓扑结构数据：正四边形vtkSmartPointer<vtkPolygon> polygon =vtkSmartPointer<vtkPolygon>::New();polygon->GetPointIds()->SetNumberOfIds(4);polygon->GetPointIds()->SetId(0, 0);polygon->GetPointIds()->SetId(1, 1);polygon->GetPointIds()->SetId(2, 2);polygon->GetPointIds()->SetId(3, 3);//拓扑结构数据：三角形vtkSmartPointer<vtkTriangle> triangle =vtkSmartPointer<vtkTriangle>::New();triangle->GetPointIds()->SetId(0, 1);triangle->GetPointIds()->SetId(1, 2);triangle->GetPointIds()->SetId(2, 4);//构成拓扑结构集合vtkSmartPointer<vtkCellArray> cells =vtkSmartPointer<vtkCellArray>::New();cells->InsertNextCell(polygon);cells->InsertNextCell(triangle);//合成几何拓扑结构用于显示vtkSmartPointer<vtkPolyData> polygonPolyData =vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();polygonPolyData->SetPoints(pts);polygonPolyData->SetPolys(cells);//添加属性结构unsigned char red[3] = { 255, 0, 0 };unsigned char green[3] = { 0, 255, 0 };unsigned char blue[3] = { 0, 0, 255 };vtkSmartPointer<vtkUnsignedCharArray> ptColor =vtkSmartPointer<vtkUnsignedCharArray>::New();ptColor->SetNumberOfComponents(3);ptColor->InsertNextTupleValue(red);ptColor->InsertNextTupleValue(green);ptColor->InsertNextTupleValue(blue);ptColor->InsertNextTupleValue(red);ptColor->InsertNextTupleValue(green);polygonPolyData->GetPointData()->SetScalars(ptColor);vtkSmartPointer<vtkUnsignedCharArray> cellColor =vtkSmartPointer<vtkUnsignedCharArray>::New();cellColor->SetNumberOfComponents(3);cellColor->InsertNextTupleValue(blue);cellColor->InsertNextTupleValue(red);polygonPolyData->GetCellData()->SetScalars(cellColor);vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();mapper->SetInputData(polygonPolyData);vtkSmartPointer<vtkActor> actor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();actor->SetMapper(mapper);vtkSmartPointer<vtkRenderer> render =vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();render->AddActor(actor);render->SetBackground(0.0, 0.0, 0.0);vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw =vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();rw->AddRenderer(render);rw->SetSize(320, 240);rw->SetWindowName("Creating PolyData Structure");vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();rwi->SetRenderWindow(rw);rwi->Render();rwi->Start();return 0;
}

该示例代码继承了上一节中的vtkPolyData数据。定义了两个vtkUnsignedCharArray对象ptColor和cellColor，分别为点和单元设置颜色数据。vtkUnsignedCharArray对象实际上为一个Unsigned char类型的数组。SetNumberOfComponents()函数指定了该数组中每个元组的大小。由于每个颜色是由RGB三个颜色分量组成。因此设置元组大小为3。InsertNextTupleValue()函数可以顺序插入元组数据。

由于要为点集设置颜色，因此颜色数目要与点数保持一致。对于单元的颜色数据设置同样需要注意，有多少个单元，就要设置多少个颜色。

设置点的颜色时，需要通过GetPointData()函数获取vtkPointData类型的点数据指针，然后通过SetScalar()函数设置颜色数据。

显示结果如下所示，从图中可以看出，在进行颜色渲染时，使用的是点的颜色，而不是单元的颜色！

根据之前的内容，我们知道：点数据和单元的属性数据是分别存储在VTKPointData和VTKCellData中的。

在这里，我们还是要着重区分一下标量属性数据和向量属性数据的区别：

向量数据具有方向和模；而标量数据不具有。如果一个数据（可以是单组分、也可以是多组分）经过一个几何变换后保持不变，那么该数据是一个标量，例如我们说的颜色属性。然而，对于法向量，该数据同样有三个组分，却是一个矢量属性，因为法向量经过几何变换后(如图像旋转)会发生改变。因此不能简单滴通过组分的个数来区分标量数据或者矢量数据。在对属性数据进行赋值时，也要分清标量数据还是矢量数据，不能将两者混淆，例如将颜色数据设置为矢量数据，那么在对图像数据进行几何变换后，颜色数据会发生改变。

2. 单元的标量属性和矢量属性数据设置

默认情况下，vtkPolyDataMapper会使用一个unsigned char类型的三元数组作为颜色值进行渲染。但是在很多情况下，模型颜色是通过属性数据获取的，比如根据标量数据在颜色查找表中获取相应的颜色。

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL);#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPlaneSource.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkFloatArray.h>
#include <vtkCellData.h>
#include <vtkLookupTable.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>int main()
{vtkSmartPointer<vtkPlaneSource> gridSource =vtkSmartPointer<vtkPlaneSource>::New();gridSource->SetXResolution(3);gridSource->SetYResolution(3);gridSource->Update();vtkSmartPointer<vtkPolyData> grid = gridSource->GetOutput();//标量属性vtkSmartPointer<vtkFloatArray> cellScalars =vtkSmartPointer<vtkFloatArray>::New();//矢量属性vtkSmartPointer<vtkFloatArray> cellVector =vtkSmartPointer<vtkFloatArray>::New();cellVector->SetNumberOfComponents(3);//设置属性for (int i = 0; i < 9; i++){cellScalars->InsertNextValue(i + 1); //九个索引cellVector->InsertNextTuple3(0.0, 0.0, 1.0);}grid->GetCellData()->SetScalars(cellScalars);grid->GetCellData()->SetVectors(cellVector);vtkSmartPointer<vtkLookupTable> lut =vtkSmartPointer<vtkLookupTable>::New();lut->SetNumberOfTableValues(10);lut->Build();lut->SetTableValue(0, 0, 0, 0, 1);lut->SetTableValue(1, 0.8900, 0.8100, 0.3400, 1);lut->SetTableValue(2, 1.0000, 0.3882, 0.2784, 1);lut->SetTableValue(3, 0.9608, 0.8706, 0.7020, 1);lut->SetTableValue(4, 0.9020, 0.9020, 0.9804, 1);lut->SetTableValue(5, 1.0000, 0.4900, 0.2500, 1);lut->SetTableValue(6, 0.5300, 0.1500, 0.3400, 1);lut->SetTableValue(7, 0.9804, 0.5020, 0.4471, 1);lut->SetTableValue(8, 0.7400, 0.9900, 0.7900, 1);lut->SetTableValue(9, 0.2000, 0.6300, 0.7900, 1);//vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();mapper->SetInputData(grid);mapper->SetScalarRange(0, 9);mapper->SetLookupTable(lut);//vtkSmartPointer<vtkActor> actor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();actor->SetMapper(mapper);vtkSmartPointer<vtkRenderer> render =vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();render->AddActor(actor);render->SetBackground(0.0, 0.0, 0.0);vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw =vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();rw->AddRenderer(render);rw->SetSize(320, 320);rw->SetWindowName("Setting Attribution of Vectors and Scalars");vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();rwi->SetRenderWindow(rw);rwi->Start();return 0;
}

这个实例主要演示了怎样添加单元的标量属性数据和向量属性数据。

VTKPlaneSource定义了一个3*3的网格数据。cellScalars定义了vtkFloatArray类型的标量属性数据，默认情况下其元组大小为1，因此不需要显示指定其大小；cellVectors则定义了vtkFloatArray类型的矢量属性数组，通过SetNumberOfComponents()指定向量维数为3，并通过InsertNextTuple3()可以方便地插入向量数据。

定义完毕后，vtkPolyData的单元数据（VTKCellData）通过调用函数SetScalars()和SetVectors()设置相应的属性数据和标量数据。

为了进一步演示利用标量数据进行颜色映射，定义了一个具有10个颜色的颜色映射表。利用vtkPolyDataMapper类的SetLookupTable()函数设置定义的颜色映射表。另外，需要注意的是，SetScalarRange()指定了颜色映射范围的最小值和最大值，当标量值大于最大值时，按定义最大值获取颜色；当小鱼最小值时，按照指定的最小值获取颜色。这样做的一个好处是，可以在一个小的标量范围内显示更多的颜色！！！

该例的输出结果为：

3.参看资料

1.《C++ primer》
2.《The VTK User’s Guide – 11thEdition》
3.  张晓东, 罗火灵. VTK图形图像开发进阶[M]. 机械工业出版社, 2015.