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第05章 14 绘制人脸部的PolyData并使用小圆锥体来展现法线

article 2025/1/30 13:29:08

在VTK中，绘制人脸部的PolyData并使用小圆锥体来展现法线是一个常见的任务。这个过程可以通过以下步骤实现：

读取人脸部的PolyData：可以使用VTK的读取模块读取一个包含人脸部的.vtk或.obj文件。
计算法线：使用VTK的vtkPolyDataNormals类为每个面片（face）或顶点（vertex）计算法线。
创建小圆锥体：使用vtkConeSource创建小圆锥体。
生成法线的可视化：使用vtkGlyph3D将小圆锥体与法线关联，并在每个顶点绘制一个圆锥体，方向与法线一致。

下面是一个完整的C++/VTK示例代码，演示如何实现这一过程：

示例代码

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataReader.h>
#include <vtkPolyDataNormals.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkConeSource.h>
#include <vtkGlyph3D.h>
#include <vtkNamedColors.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // 检查输入文件
    if (argc < 2)
    {
        std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <FacePolyDataFile>" << std::endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 读取人脸部的PolyData文件
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader> reader = vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader>::New();
    reader->SetFileName(argv[1]);
    reader->Update();

    vtkSmartPointer<vtkPolyData> polyData = reader->GetOutput();

    // 计算法线
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals> normals = vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals>::New();
    normals->SetInputData(polyData);
    normals->ComputePointNormalsOn(); // 计算顶点法线
    normals->SplittingOff();         // 不分割面片
    normals->Update();

    // 获取法线
    vtkSmartPointer<vtkPolyData> polyDataWithNormals = normals->GetOutput();

    // 创建小圆锥体源
    vtkSmartPointer<vtkConeSource> coneSource = vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();
    coneSource->SetHeight(0.05); // 圆锥体高度
    coneSource->SetRadius(0.02); // 圆锥体底部半径
    coneSource->SetResolution(20); // 圆锥体的分辨率
    coneSource->Update();

    // 使用Glyph3D将圆锥体与法线关联
    vtkSmartPointer<vtkGlyph3D> glyph3D = vtkSmartPointer<vtkGlyph3D>::New();
    glyph3D->SetInputData(polyDataWithNormals);
    glyph3D->SetSourceConnection(coneSource->GetOutputPort());
    glyph3D->SetVectorModeToUseNormal(); // 使用法线作为方向
    glyph3D->SetScaleFactor(0.5);        // 设置圆锥体的大小
    glyph3D->Update();

    // 创建映射器
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(glyph3D->GetOutputPort());

    // 创建演员
    vtkSmartPointer<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> interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 添加演员到渲染器
    renderer->AddActor(actor);
    renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.4); // 设置背景颜色

    // 渲染和启动交互
    renderWindow->Render();
    interactor->Start();

    return EXIT_SUCCESS;
}

代码说明

读取人脸部的PolyData：
- 使用vtkPolyDataReader读取一个包含人脸部的PolyData文件（例如.vtk或.obj格式）。
计算法线：
- 使用vtkPolyDataNormals计算顶点法线，并通过ComputePointNormalsOn()开启顶点法线计算。
创建小圆锥体：
- 使用vtkConeSource创建一个小圆锥体，设置高度（Height）和底部半径（Radius），并设置分辨率（Resolution）。
使用Glyph3D生成法线可视化：
- 使用vtkGlyph3D将小圆锥体与法线关联，设置SetVectorModeToUseNormal()以使用法线方向，并通过SetScaleFactor()调整圆锥体的大小。
创建映射器和演员：
- 使用vtkPolyDataMapper将生成的数据映射到演员，并将演员添加到渲染器中。
渲染和交互：
- 创建渲染窗口和交互器，并启动渲染循环。