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第04章 02 VTK管道的执行过程与类型

article 2025/1/24 22:23:52

在VTK（Visualization Toolkit）中，可视化管道的执行过程是实现数据可视化的核心。VTK的管道系统通过一系列数据处理模块（称为算法）和数据对象组成，这些模块通过输入和输出端口连接，形成一个有向非循环图（DAG）。管道的执行方式包括显式执行、隐式执行和条件执行。以下将详细论述这三种执行方式及其特点，并通过示例说明。

1. 显式执行

1.1. 概述

显式执行是指用户在代码中明确调用某个管道节点的Update()方法，强制该节点及其下游节点执行数据处理。显式执行通常用于调试或需要精确控制管道执行顺序的场景。

1.2. 执行过程

用户调用某个算法模块（如过滤器、映射器）的Update()方法。
该模块及其下游模块依次执行数据处理。
数据从输入端流入，经过处理后依次传递到下游模块。

1.3. 示例

假设有一个简单的VTK管道，包含数据源、过滤器和映射器：

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>

int main() {
    // 创建数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(5.0);

    // 显式执行数据源
    sphereSource->Update();

    // 创建映射器
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

    // 创建Actor
    vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    actor->SetMapper(mapper);

    // 创建渲染器和窗口
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 添加Actor到渲染器
    renderer->AddActor(actor);

    // 启动渲染窗口
    renderWindow->Render();
    interactor->Start();

    return 0;
}

在这个例子中，sphereSource->Update()是显式执行的调用。调用后，sphereSource生成球体数据并传递给映射器。

2. 隐式执行

2.1. 概述

隐式执行是指在管道的某个节点需要数据时，VTK自动触发其上游节点的执行。隐式执行是VTK管道的默认行为，通常用于效率优化和简化代码。

2.2. 执行过程

当某个节点需要数据时（如渲染器需要映射器的数据），它会检查输入数据是否是最新的。
如果输入数据不是最新的，则自动触发上游节点的Update()方法。
数据从上游节点依次向下游节点传递。

2.3. 示例

在隐式执行的情况下，用户不需要显式调用Update()，VTK会自动完成管道的执行。以下是上一个例子的简化版本：

int main() {
    // 创建数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(5.0);

    // 创建映射器
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

    // 创建Actor
    vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    actor->SetMapper(mapper);

    // 创建渲染器和窗口
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 添加Actor到渲染器
    renderer->AddActor(actor);

    // 启动渲染窗口
    renderWindow->Render();
    interactor->Start();

    return 0;
}

在这个例子中，sphereSource->Update()未显式调用，但当渲染器需要映射器的数据时，VTK会自动触发sphereSource的执行。

3. 条件执行

3.1. 概述

条件执行是指管道的某个节点是否执行取决于某些条件（如数据的修改、用户设置的阈值等）。VTK支持通过条件判断来控制管道的执行，以实现动态更新或优化计算。

3.2. 执行过程

在某个节点中定义执行条件（如参数变化、数据变化）。
如果条件满足，则执行该节点及其下游节点。
如果条件不满足，则跳过该节点的执行。

3.3. 示例

假设有一个带有阈值条件的过滤器，只有在用户设置的阈值发生变化时才执行：

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkThreshold.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>

int main() {
    // 创建数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(5.0);

    // 创建阈值过滤器
    vtkSmartPointer<vtkThreshold> thresholdFilter = vtkSmartPointer<vtkThreshold>::New();
    thresholdFilter->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());
    thresholdFilter->SetLowerThreshold(0.5); // 设置阈值

    // 创建映射器
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(thresholdFilter->GetOutputPort());

    // 创建Actor
    vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    actor->SetMapper(mapper);

    // 创建渲染器和窗口
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 添加Actor到渲染器
    renderer->AddActor(actor);

    // 启动渲染窗口
    renderWindow->Render();
    interactor->Start();

    return 0;
}

在这个例子中，vtkThreshold过滤器是否执行取决于用户设置的阈值。如果阈值未发生变化，则过滤器不会重新执行。