VTK 中的数据结构
VTK (Visualization Toolkit) 是一个流行的开源可视化工具包,可以用于创建与处理 3D 图像、几何数据和许多其他类型的数据。在 C# 中,我们可以使用 VTK 进行三维可视化,并且可以很好地与 WinForms 框架集成。
VTK 中涉及到的几个数据结构主要包括 vtkPoints、vtkCellArray、vtkPolyData、vtkImageData 、vtkStructuredGrid、vtkUnstructuredGrid、vtkTable等。
1、vtkPoints
vtkPoints 是 VTK 中最基本的数据结构之一,表示了一个由三维坐标表示的点集合。
代码示例:
代码说明:
- 首先使用 vtkPoints.New() 创建一个新的点集对象。
- 然后使用 points.InsertNextPoint() 方法添加四个点。
- 最后使用 vtkPolyData.New() 创建一个新的 PolyData 对象,并调用 SetPoints() 方法将点集设置给该对象。
2、vtkCellArray
vtkCellArray 用于存储各种类型的拓扑单元,例如点、线、面和体元等。
代码示例:
代码说明
- 首先使用 vtkPoints.New() 创建一个新的点集对象。
- 然后使用 points.InsertNextPoint() 方法添加四个点。
- 接着使用 vtkCellArray.New() 创建一个新的 CellArray 对象,调用 InsertNextCell() 方法插入一个四边形单元,再使用 InsertCellPoint() 方法添加该单元中的四个顶点。
- 最后使用 vtkPolyData.New() 创建一个新的 PolyData 对象,并调用 SetPoints() 和 SetPolys() 方法将点集和拓扑单元设置给该对象。
3、vtkPolyData
vtkPolyData 是 VTK 中最基本的数据表示形式之一,表示由点和线或面组成的几何图形。
代码示例:
代码说明:
- 首先使用 vtkPoints.New() 创建一个新的点集对象。
- 然后使用 points.InsertNextPoint() 方法添加四个点。
- 接着使用 vtkCellArray.New() 创建一个新的 CellArray 对象,调用 InsertNextCell() 方法插入一个四边形单元,再使用 InsertCellPoint() 方法添加该单元中的四个顶点。
- 最后使用 vtkPolyData.New() 创建一个新的 PolyData 对象,并调用 SetPoints() 和 SetPolys() 方法将点集和拓扑单元设置给该对象。
4、vtkImageData
vtkImageData 用于表示规则网格数据,例如图像数据。
代码示例:
代码说明:
- 首先使用 vtkImageData.New() 创建一个新的 ImageData 对象,并调用 SetDimensions() 和 SetScalarTypeToUnsignedChar() 方法设置尺寸和像素类型。
- 然后创建一个字节类型的像素数组,使用嵌套循环填充数组中的每个像素。
- 接着使用 imageData.GetPointData() 和 SetScalars() 方法将像素数组设置为 ImageData 对象的标量数据,并调用 Update() 方法更新 ImageData 对象。
5、vtkStructuredGrid
vtkStructuredGrid 用于表示非规则网格数据,例如有规则结构的点集合。
代码示例:
代码说明:
- 首先使用 vtkPoints.New() 创建一个新的点集对象,使用嵌套循环添加 125 个点。
- 然后使用 vtkStructuredGrid.New() 创建一个新的 StructuredGrid 对象,调用 SetDimensions() 方法设置网格的维度,再调用 SetPoints() 方法将点集设置为该对象的点集。
6、vtkUnstructuredGrid
vtkUnstructuredGrid 是 VTK 中用于表示非规则网格数据的一种数据结构,它可以表示任意形状的拓扑单元,例如四面体、六面体等。下面是一个 WinForms 示例,演示如何使用 vtkUnstructuredGrid 将一个四面体网格可视化。
代码示例:
代码说明:
- 首先,我们新建了四个点,并将它们添加到 vtkPoints 对象中。
- 然后,我们新建了一个 vtkTetra 对象,该对象表示了一个四面体拓扑单元,并将四个点的索引赋给该拓扑单元的四个顶点。
- 接着,我们新建了一个 vtkUnstructuredGrid 对象,并通过 SetPoints() 方法将点集合添加进去。然后,使用 InsertNextCell() 方法将拓扑单元添加进去。
- 最后,我们创建了一个 vtkDataSetMapper 对象和一个 vtkActor 对象,并将 vtkUnstructuredGrid 对象作为 mapper 的输入数据。然后,将 vtkActor 添加到 vtkRenderer 中,并将 vtkRenderer 添加到 vtkRenderWindow 中,最后在 vtkRenderWindowInteractor 中启动可视化窗口。
7、vtkTable
vtkTable 是 VTK 中用于存储表格数据的一种数据结构,例如一组多变量的测量数据。下面是一个 WinForms 示例,演示如何使用 vtkTable 将一组测量数据可视化。
代码示例:
代码说明:
- 首先,我们新建了一个 vtkTable 对象来存储我们的测量数据。
- 然后,我们向表格中添加两个列(变量)X 和 Y。
- 接着,我们向表格中添加十个行,并且向每行中添加数据。
- 最后,我们创建了一个 vtkPlotLine 对象和一个 vtkChartXY 对象,并将 vtkTable 对象作为输入数据。然后,将 vtkChartXY 渲染到 vtkRenderWindow 中,并在 vtkRenderWindowInteractor 中启动可视化窗口。
总结
VTK 是一个功能强大的开源可视化工具包,可以用于创建各种类型的 3D 图像和几何数据。在 C# 中,我们可以利用 VTK 进行三维可视化,并与 WinForms 框架无缝集成。
在 VTK 中,vtkPoints、vtkCellArray、vtkPolyData、vtkImageData 、vtkStructuredGrid、vtkUnstructuredGrid、vtkTable 是最常用的数据结构之一。vtkPoints 用于表示点集合,vtkCellArray 用于存储各种类型的拓扑单元,vtkPolyData 表示由点和线或面组成的几何图形,vtkImageData 用于表示规则网格数据,例如图像数据,而 vtkStructuredGrid 则用于表示非规则网格数据,例如有规则结构的点集合。
在实际应用中,可以根据需要选择适当的数据结构,在其基础上进行数据处理和可视化操作。