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第04章 17 实现一个逐步收缩球体的视觉效果

article 2025/1/29 8:48:17

结合vtkSphereSource、vtkShrinkFilter和vtkElevationFilter，我们可以实现一个逐步收缩球体的视觉效果，并在球体表面应用高程映射（Elevation Mapping）。vtkElevationFilter用于根据球体的某个方向（如Z轴）生成颜色或标量值，使球体表面呈现出从低到高的渐变效果。

下面是一个示例代码，展示了如何逐次缩小球体并应用高程映射。

示例代码

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

int main(int, char *[])
{
    // 创建球体源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(1.0); // 球体半径
    sphereSource->SetThetaResolution(30); // 经度方向的细分
    sphereSource->SetPhiResolution(30); // 纬度方向的细分
    sphereSource->Update();

    // 创建收缩滤波器
    vtkSmartPointer<vtkShrinkFilter> shrinkFilter = vtkSmartPointer<vtkShrinkFilter>::New();
    shrinkFilter->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());
    shrinkFilter->SetShrinkFactor(0.7); // 设置收缩因子为0.7
    shrinkFilter->Update();

    // 创建高程滤波器
    vtkSmartPointer<vtkElevationFilter> elevationFilter = vtkSmartPointer<vtkElevationFilter>::New();
    elevationFilter->SetInputConnection(shrinkFilter->GetOutputPort());
    elevationFilter->SetLowPoint(0.0, 0.0, -1.0); // 低点的坐标
    elevationFilter->SetHighPoint(0.0, 0.0, 1.0); // 高点的坐标
    elevationFilter->SetScalarRange(-1.0, 1.0); // 标量范围
    elevationFilter->Update();

    // 创建Mapper和Actor
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(elevationFilter->GetOutputPort());
    mapper->ScalarVisibilityOn(); // 开启标量可视化

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

    // 设置Renderer和RenderWindow
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(actor);
    renderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0); // 背景颜色为白色

    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    renderWindow->SetSize(800, 600);

    // 设置RenderWindowInteractor
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 初始化并启动交互
    renderWindow->Render();
    interactor->Initialize();
    interactor->Start();

    return 0;
}

代码说明

创建球体源 (vtkSphereSource)：
- vtkSphereSource用于生成一个球体。通过SetRadius、SetThetaResolution和SetPhiResolution可以控制球体的半径和细分程度。
收缩球体 (vtkShrinkFilter)：
- vtkShrinkFilter将球体表面进行收缩。通过SetShrinkFactor设置收缩因子（例如0.7表示收缩到原始大小的70%）。收缩的原理是将每个单元的点向其质心移动。
应用高程映射 (vtkElevationFilter)：
- vtkElevationFilter根据球体的Z轴坐标生成标量值。通过SetLowPoint和SetHighPoint指定低点和高点的坐标，标量值会根据点的Z坐标在低值和高值之间插值。
- SetScalarRange设置标量值的范围（例如-1.0到1.0）。
创建Mapper和Actor：
- vtkPolyDataMapper将几何数据和标量数据映射到Actor上。ScalarVisibilityOn启用标量可视化，使颜色根据标量值变化。
设置Renderer和RenderWindow：
- 将Actor添加到Renderer中，并设置背景颜色。
启动交互：
- 初始化RenderWindowInteractor并启动交互循环，用户可以通过鼠标操作视图。

作用原理

vtkShrinkFilter的作用原理：
- vtkShrinkFilter计算每个单元的质心，然后将单元内的每个点向质心移动一定的比例。收缩因子shrinkFactor决定了移动的比例。例如，shrinkFactor = 0.7表示点向质心移动70%的距离。
vtkElevationFilter的作用原理：
- vtkElevationFilter根据几何体的坐标生成标量值。它通过设置低点和高点（LowPoint和HighPoint），计算每个点的标量值。标量值在低点和高点之间线性插值。
- 标量值可以用来映射颜色、透明度或其他属性。
逐次缩小球体的实现：
- 通过不断调整SetShrinkFactor的值，可以实现逐次缩小球体的效果。每次缩小后，球体的表面会向质心移动，同时保留原始的拓扑结构。