VTK随笔一：初识VTK（QT中嵌入VTK窗口)

        VTK（Visualization Toolkit）是一个用于可视化和图形处理的开源软件库。它提供了一系列的算法和工具，可以用来创建、渲染和处理二维和三维的图形数据。VTK可以在多个平台上运行，并支持各种编程语言，包括C++、Python和Java。

        VTK的核心功能包括几何处理、图形渲染、体积渲染、图像处理、交互式可视化和数据分析。它支持多种常用的数据格式，如图像、网格、点云和体数据。使用VTK，用户可以在图形界面中创建和编辑复杂的三维场景，并进行实时的交互操作。

        VTK还提供了丰富的可视化效果，如光照、阴影、透明度、纹理映射和体积渲染等。用户可以通过编程接口来定制和扩展VTK的功能，以满足特定的需求。

        VTK被广泛应用于科学、工程、医学、地质和计算机图形学等领域。它可以用于可视化和分析科学数据，创建交互式的可视化应用程序，以及进行科学研究和教育。由于VTK的开源性质和强大的功能，它成为了可视化和图形处理领域的重要工具之一。

一、环境搭建

1、安装详情请见：Windosw下Visual Studio2022编译安装VTK(支持QT)，ITK-CSDN博客 

 2、安装完VTK后将VTK目录加入环境变量

二、使用VTK

        以创建一个八边形圆柱体为示例，演示VTK的基本渲染和管道创建。 

1、创建QT项目Cylinder

2、配置VTK库

 在Cylinder.pro中添加如下代码：

QMAKE_PROJECT_DEPTH = 0win32{VTK_DIR = D:/VTKINCLUDEPATH += $${VTK_DIR}/include/vtk-9.3LIBS += $${VTK_DIR}/lib/vtk*.lib
}

需要注意的是VTK区分Debug和Release的库，链接错误运行程序会报错：QWidget: Must construct a QApplication before a QWidget 

3、编写代码 

在mainwindow.ui中添加一个Qwidget，提升为QVTKOpenGLNativeWidget ，头文件QVTKOpenGLNativeWidget.h

依次点击“添加”，“提升”

修改mainwindow.cpp

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"#include <vtkActor.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkCylinderSource.h>
#include <vtkNamedColors.h>
#include <vtkNew.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkGenericOpenGLRenderWindow.h>MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{ui->setupUi(this);// QVTKOpenGLNativeWidget//设置背景颜色vtkNew<vtkNamedColors> colors;std::array<unsigned char, 4> bkg{{26, 51, 102, 255}};colors->SetColor("BkgColor", bkg.data());//创建圆柱体 并设置为八边形圆柱体vtkNew<vtkCylinderSource> cylinder;cylinder->SetHeight(2.0);	//设置柱体的高cylinder->SetRadius(1.0);	//设置柱体横截面的半径cylinder->SetResolution(8);	//设置柱体横截面的等边多边形的边数。// 将定义好的图形推送到图形库中//vtkPolyDataMapper类用于渲染多边形几何数据(vtkPolyData)，派生类自vtkMapper，将输入的数据转换为几何图元(点、线、多边形)进行渲染。vtkNew<vtkPolyDataMapper> cylinderMapper;//vtkPolyDataMapper::SetInputConnection():VTK可视化管线的输入数据接口，对应的可视化管线的输出数据接口为GetOutputPort();cylinderMapper->SetInputConnection(cylinder->GetOutputPort());// 设置纹理 颜色 点击后的旋转角度// vtkActor类派生自vtkProp类，渲染场景中数据的可视化表达通过vtkProp的子类负责。比如该示例要渲染一个柱体，柱体的数据类型的vtkPolyData，数据要在场景中渲染时，不是直接把数据加入渲染场景，而是vtkProp的形式存在于渲染场景中。// 三维空间中渲染对象最常用的vtkProp子类有vtkActor(表达场景中的几何数据)和vtkVolume(表达场景中的体数据)；二维空间中的数据则是用vtkActor2D表达:vtkProp子类负责确定渲染场景中对象的位置、大小和方向等信息；Prop依赖于两个对象：一个是Mapper(vtkMapper)对象，负责存放数据和渲染信息；另一个是属性(vtkProperty)对象，负责控制颜色、不透明度等参数。另外vtkActor中还可以设置纹理(vtkTexture)对象，用于纹理贴图。// VTK定义了大量的Prop类，如vtkImageActor(负责图像显示)和vtkPieChartActor(用于创建数组数据的饼图可视化表达形式)。其中有些Prop内部直接包括了控制显示的参数和待渲染数据的索引，因此不需要额外的Property和Mapper对象，例如vtkAxisActor。vtkActor的子类vtkFollower可以自动更新方向信息使其始终面向一个特定的相机，这样无论怎样旋转该对象都是可见的，例如三维场景中的广告板或者文本。// vtkActor的子类vtkLODActor可以自动改变自身的几何表达形式来实现所需的交互帧率。vtkAssembly建立了各个Actor的层次结构以便在整个结构平移、旋转或缩放等变换时能够更合理地进行控制。// vtkActor::SetMapper()：该方法用于设置生成几何图元的Mapper，即连接一个Actor到可视化管线的末端(Mapper是可视化管线的末端)。vtkNew<vtkActor> cylinderActor;cylinderActor->SetMapper(cylinderMapper);cylinderActor->GetProperty()->SetColor(colors->GetColor4d("Tomato").GetData());cylinderActor->RotateX(30.0);cylinderActor->RotateY(-45.0);// 渲染// vtkRenderer 负责管理场景的渲染过程。组成场景的对象包括Prop，照相机(vtkCamera)和光照(vtkLight)都被整合到一个vtkRenderer对象中。一个vtkRenderWindow中可以有多个vtkRenderer对象，而这些vtkRenderer可以渲染在窗口不同的矩形区域中(即视口)或者覆盖整个窗口区域。vtkNew<vtkRenderer> renderer;// 该方法用于将vtkProp类型的对象添加到渲染场景中renderer->AddActor(cylinderActor);// vtkRenderer::SetBackground():该方法是从vtkRenderer的父类vtkViewport继承的，用于设置渲染场景的背景颜色，用R、G、B的格式设置，三个分量的取值为0.0~1.0。renderer->SetBackground(colors->GetColor3d("BkgColor").GetData());  renderer->ResetCamera();//根据可见的演员自动设置相机renderer->GetActiveCamera()->Zoom(1.5);// 显示renderer 的窗口vtkNew<vtkGenericOpenGLRenderWindow> renderWindow;renderWindow->AddRenderer(renderer);ui->widget->setRenderWindow(renderWindow);}MainWindow::~MainWindow()
{delete ui;
}

 4、编译运行

 因为VTK库编译的是Release 64位的，所有编译时选择Release 64位

运行效果如下：

         。

 三、总结

        VTK是一个强大的开源可视化工具，可以帮助我们实现各种复杂的数据可视化任务。通过本文，我们初步了解了如何在QT中嵌入VTK窗口，并展示了一个简单的三维可视化场景。     

        可以将以上示例看作一个舞台剧演出。观看舞台剧时，观众坐在台下，展现在观众面前的是一个舞台，舞台上有各式的灯光和各样的演员。

        整个剧院就好比VTK程序的渲染窗口(vtkRenderWindow)；舞台就相当于渲染场景(vtkRenderer)；而那些演员就是程序中的Actor；对于舞台上的演员，观众都可以一一分辨出来，不会弄混，是因为他们穿着打扮、容貌都不一样，这就相当于程序中vtkActor的不同属性(vtkProperty)；台下观众的眼睛可以看作vtkCamera，前排观众因为离得近，在观看台上演员时会觉得他们比较高大，而后排的观众因为离得远，所以那些演员看起来就会显得小些，每位观众看到的东西在他/她的世界里都是唯一的，所以渲染场景Renderer里的vtkCamera对象也是只有一个；舞台的灯光可以有多个，所以渲染场景里的vtkLight也存在多个。