第04章 09 VTK中Filter的种类

在 VTK（Visualization Toolkit）中，Filter（过滤器）是一类用于处理数据的组件。它们可以从输入数据中提取信息、转换数据格式、生成新的数据结构，或者对数据进行几何或拓扑操作。VTK 中的 Filter 可以分为多个类别，每种类别处理不同类型的数据或执行不同的功能。以下是 VTK 中常见的 Filter 分类及其示例：

1. 数据转换类 Filter

这类 Filter 主要用于转换数据的表示形式，例如从一种数据结构转换为另一种数据结构。

vtkCastToConcrete：将抽象数据对象转换为具体的数据对象。例如，将 vtkDataSet 转换为 vtkPolyData。
vtkPolyDataAlgorithm：用于处理 vtkPolyData 类型的数据。例如，vtkDecimatePro 用于多边形简化。

2. 几何操作类 Filter

这类 Filter 主要用于对几何数据进行操作，例如生成几何形状、裁剪、平滑、分割等。

vtkClipPolyData：根据指定的裁剪面裁剪多边形数据。
vtkContourFilter：生成等值面（isosurface），例如提取三维数据的等值线。
vtkSmoothPolyDataFilter：对多边形数据进行平滑处理。

3. 拓扑操作类 Filter

这类 Filter 主要用于对数据进行拓扑操作，例如合并、分割、连接等。

vtkAppendFilter：将多个数据集合并成一个数据集。
vtkDelaunay2D：生成二维 Delaunay 三角剖分。
vtkDelaunay3D：生成三维 Delaunay 四面体化。

4. 数据生成类 Filter

这类 Filter 主要用于生成新的数据，例如通过算法生成几何形状、网格、点云等。

vtkSphereSource：生成球体的几何数据。
vtkCylinderSource：生成圆柱体的几何数据。
vtkPlaneSource：生成平面的几何数据。

5. 体数据处理类 Filter

这类 Filter 主要用于处理体数据（Volumetric Data），例如体绘制、体数据的分割、提取等。

vtkMarchingCubes：从体数据中提取等值面。
vtkContourFilter：提取等值面。
vtkExtractVOI：从体数据中提取感兴趣的区域（Volume Of Interest, VOI）。

6. 数据过滤和筛选类 Filter

这类 Filter 主要用于对数据进行过滤或筛选，例如去除噪声、选择特定区域等。

vtkThreshold：根据数据值筛选单元或点。
vtkCleanPolyData：去除多边形数据中的重复点或无效点。
vtkWindowedSincPolyDataFilter：使用平滑算法对多边形数据进行滤波。

7. 数据分析类 Filter

这类 Filter 主要用于对数据进行分析，例如计算几何属性、统计属性等。

vtkProbeFilter：将数据从一个数据集映射到另一个数据集。
vtkGlyph3D：根据输入数据生成不同形状的符号。
vtkCellDerivatives：计算单元格的法向量或切向量。

8. 数据可视化类 Filter

这类 Filter 主要用于生成可视化效果，例如生成矢量场、流线、等高线等。

vtkStreamTracer：生成流线，用于可视化矢量场。
vtkRibbonFilter：将线数据转换为带状（ribbon）数据，用于可视化流线或轨迹。
vtkColorTransferFunction：用于定义颜色映射，将标量数据映射为颜色。

9. 数据转换和压缩类 Filter

这类 Filter 主要用于对数据进行压缩或转换，以减少存储空间或提高处理效率。

vtkDecimatePro：对多边形数据进行简化（减少多边形的数量）。
vtkQuadricClustering：使用聚类算法对多边形数据进行简化。
vtkStripper：将多边形数据转换为三角带（Triangle Strips），以减少数据量并提高渲染性能。

10. 体数据渲染类 Filter

这类 Filter 主要用于体数据的渲染和可视化，例如生成体绘制所需的中间数据。

vtkVolumeRayCastMapper：使用光线投射算法进行体绘制。
vtkGPUVolumeRayCastMapper：使用 GPU 加速的光线投射算法进行体绘制。
vtkFixedPointVolumeRayCastMapper：使用固定点算法进行体绘制。

示例：使用 `vtkMarchingCubes` 提取等值面

以下是一个使用 vtkMarchingCubes 提取等值面的示例代码：

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkMarchingCubes.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>int main(int, char *[])
{// 创建一个简单的体数据（示例中使用 vtkImageData）vtkSmartPointer<vtkImageData> imageData = vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();imageData->SetDimensions(30, 30, 30);imageData->SetSpacing(1.0, 1.0, 1.0);imageData->SetOrigin(0.0, 0.0, 0.0);imageData->AllocateScalars(VTK_DOUBLE, 1);// 填充体数据（示例中简单的球形数据）double radius = 10.0;for (int z = 0; z < 30; z++) {for (int y = 0; y < 30; y++) {for (int x = 0; x < 30; x++) {double* pixel = static_cast<double*>(imageData->GetScalarPointer(x, y, z));double distance = sqrt((x - 15.0)*(x - 15.0) + (y - 15.0)*(y - 15.0) + (z - 15.0)*(z - 15.0));if (distance <= radius) {*pixel = 255.0;} else {*pixel = 0.0;}}}}// 使用 vtkMarchingCubes 提取等值面vtkSmartPointer<vtkMarchingCubes> marchingCubes = vtkSmartPointer<vtkMarchingCubes>::New();marchingCubes->SetInputData(imageData);marchingCubes->SetValue(0, 128.0); // 设置等值面的值// 创建映射器vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();mapper->SetInputConnection(marchingCubes->GetOutputPort());mapper->ScalarVisibilityOff();// 创建 ActorvtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();actor->SetMapper(mapper);// 创建渲染器、渲染窗口和交互器vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();renderWindow->AddRenderer(renderer);vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);// 将 Actor 添加到渲染器中renderer->AddActor(actor);renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.3); // 设置背景颜色// 启动渲染窗口和交互器renderWindow->Render();renderWindowInteractor->Start();return EXIT_SUCCESS;
}