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第05章 08 绘制脑部体绘制图的阈值等值面

article 2025/1/30 13:15:32

绘制脑部体绘制图的阈值等值面，例如肌肉和头骨骼，需要对医学图像数据进行阈值处理，并使用体绘制技术来可视化这些结构。以下是一个基于VTK/C++的示例代码，展示如何读取DICOM图像数据，应用阈值过滤器来提取特定组织，并使用体绘制技术来显示这些组织的等值面。

示例代码

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkDICOMImageReader.h>
#include <vtkOutlineFilter.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkImageThreshold.h>
#include <vtkMarchingCubes.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkColorTransferFunction.h>
#include <vtkVolumeProperty.h>
#include <vtkVolumeRayCastCompositeFunction.h>
#include <vtkVolumeRayCastMapper.h>
#include <vtkCamera.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc < 2)
    {
        std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <DICOM Directory>" << std::endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }

    // 读取DICOM数据
    vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader> reader = vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader>::New();
    reader->SetDirectoryName(argv[1]);
    reader->Update();

    // 创建一个轮廓过滤器以显示数据的边界
    vtkSmartPointer<vtkOutlineFilter> outlineData = vtkSmartPointer<vtkOutlineFilter>::New();
    outlineData->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
    outlineData->Update();

    // 创建一个映射器和Actor来显示轮廓
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> outlineMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    outlineMapper->SetInputConnection(outlineData->GetOutputPort());

    vtkSmartPointer<vtkActor> outlineActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    outlineActor->SetMapper(outlineMapper);
    outlineActor->GetProperty()->SetColor(0, 0, 0); // 黑色

    // 创建体绘制的转移函数
    double range[2];
    reader->GetOutput()->GetScalarRange(range);

    vtkSmartPointer<vtkColorTransferFunction> colorFunc = vtkSmartPointer<vtkColorTransferFunction>::New();
    colorFunc->AddRGBPoint(range[0], 0.0, 0.0, 0.0); // 背景为黑色
    colorFunc->AddRGBPoint(200, 1.0, 0.3, 0.3);      // 肌肉为红色
    colorFunc->AddRGBPoint(1000, 0.3, 0.3, 1.0);     // 头骨骼为蓝色

    // 创建体绘制属性
    vtkSmartPointer<vtkVolumeProperty> volumeProperty = vtkSmartPointer<vtkVolumeProperty>::New();
    volumeProperty->SetColor(colorFunc);
    volumeProperty->SetScalarOpacityUnitDistance(1.0);

    // 创建体绘制映射器
    vtkSmartPointer<vtkVolumeRayCastCompositeFunction> compFunc = vtkSmartPointer<vtkVolumeRayCastCompositeFunction>::New();
    vtkSmartPointer<vtkVolumeRayCastMapper> volumeMapper = vtkSmartPointer<vtkVolumeRayCastMapper>::New();
    volumeMapper->SetVolumeRayCastFunction(compFunc);
    volumeMapper->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

    // 创建体绘制体积
    vtkSmartPointer<vtkVolume> volume = vtkSmartPointer<vtkVolume>::New();
    volume->SetMapper(volumeMapper);
    volume->SetProperty(volumeProperty);

    // 创建渲染器和窗口
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(outlineActor);
    renderer->AddVolume(volume);
    renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.4);

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

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

    // 开始渲染和交互
    renderWindow->Render();
    interactor->Start();

    return EXIT_SUCCESS;
}

代码说明

读取DICOM数据：使用 vtkDICOMImageReader 读取DICOM格式的脑部图像数据。
轮廓过滤器：使用 vtkOutlineFilter 创建数据的轮廓，以便更好地可视化数据的边界。
体绘制转移函数：使用 vtkColorTransferFunction 定义不同灰度值的颜色映射，例如肌肉和头骨骼的不同颜色。
体绘制属性：使用 vtkVolumeProperty 设置体绘制的属性，包括颜色和透明度。
体绘制映射器：使用 vtkVolumeRayCastMapper 进行体绘制的映射。
创建体绘制体积：将映射器和属性应用于体绘制体积。
渲染和交互：使用 vtkRenderWindow 和 vtkRenderWindowInteractor 进行渲染和交互。

编译和运行

确保你已经安装了VTK库，并正确配置了开发环境。编译和运行代码时，需要提供DICOM数据目录作为命令行参数。

g++ -std=c++11 -o brain_volume_rendering brain_volume_rendering.cpp -lvtkCommonCore -lvtkCommonDataModel -lvtkIOXML -lvtkIOLegacy -lvtkRenderingCore -lvtkRenderingOpenGL2 -lvtkInteractionStyle -lvtkDICOM -lvtkFiltersSources -lvtkFiltersGeneral -lvtkVolumeRendering
./brain_volume_rendering /path/to/dicom/directory