深入浅出VTK：VTK的基本概念及其入门项目讲解

前言

基于上该专栏的上一篇博客——深入浅出VTK：使用Visual Studio配置VTK环境并编写示例，本篇博客是在该博客的基础上进行延申，帮助正在学习VTK的读者更好的了解VTK中的演员，过滤器等概念。

编写第一个VTK程序

本篇小节的环境配置是基于《深入浅出VTK：使用Visual Studio配置VTK环境并编写示例》进行开发的，如果有读者需要配置相关的VTK环境则可以参考该博客，具体的链接如下：
深入浅出VTK：使用Visual Studio配置VTK环境并编写示例https://blog.csdn.net/weixin_67035108/article/details/160308298在Visual Studio中配置好VTK环境以后，只需要将main.cpp文件中的代码替换为以下代码即可编译运行。

#include <vtkSmartPointer.h>#include <vtkRenderWindow.h>#include <vtkRenderer.h>#include <vtkRenderWindowInteractor.h>#include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h>#include <vtkCylinderSource.h>#include <vtkPolyDataMapper.h>#include <vtkActor.h>#include <vtkAutoInit.h>VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2); // 始化OpenGL2渲染后端VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle); // 初始化交互风格模块int main(){    // 初始化柱体数据源    vtkSmartPointer<vtkCylinderSource> cylinder = vtkSmartPointer<vtkCylinderSource>::New();    cylinder->SetHeight(3.0);    cylinder->SetRadius(1.0);    cylinder->SetResolution(10);    // 初始化映射器    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cylinderMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();    cylinderMapper->SetInputConnection(cylinder->GetOutputPort());  // 将柱体数据源转换成可绘制的图元    // 初始化演员    vtkSmartPointer<vtkActor> cylinderActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();    cylinderActor->SetMapper(cylinderMapper);   // 设置演员绘制的映射器    // 初始化渲染器    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();    renderer->AddActor(cylinderActor);  // 设置要渲染的演员    renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.4);    // 初始化渲染窗口    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renWin = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();    renWin->AddRenderer(renderer);    renWin->SetSize(300, 300);    // 初始化交互器    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> iren = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();    iren->SetRenderWindow(renWin);    // 初始化交互风格    vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera> style = vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>::New();    iren->SetInteractorStyle(style);    iren->Initialize();    iren->Start();  // 启动交互风格    return 0;}

编译成功后，执行效果如下图：

图1.第一个VTK程序运行效果

PS：当博主对代码进行迁移完毕以后，会同步在GitHub上更新VTK全系列的项目代码，如果有需要的读者可以在以下链接中获取到。而本篇博客不会着重讲解代码中每一个类的内部实现，这对于一个初学者是难以接受的，我们只需要了解VTK中的基础概念即可，不需要给自己要求那么高
深入浅出VTK：全景目录https://blog.csdn.net/weixin_67035108/article/details/156361963

程序中代码的简要说明

在上诉代码中，我们能看到main函数中主要存在以下几个类：
1.vtkCylinderSource：该类用于创建一个柱体数据，包含了一个柱体的高，横截面半径和柱体的边数等数据，主要功能是生成一个中心在渲染场景原点的柱体，也就是图一中显示的柱体。这便是VTK中的数据源概念，即数据来源

2.vtkPolyDataMapper：该类用于渲染多边形的集合数据，用于将输入的数据转换为几何图元进行渲染。这便是VTK中的映射器概念，用于将原始的几何数据转换成可以被图形库理解和绘制的图元（VTK中的最小图形块，例如点、线段、三角形、四边形，由这些图像块组成我们能看到的更复杂的图形）

3.vtkActor：该类用于渲染出我们看到的柱体，区别于vtkCylinderSource该类只负责渲染数据，不负责存储数据。该类要渲染出我们看到的三维模型需要依赖于两个对象，一个是映射器(Mapper)对象，负责存放数据和渲染的信息，另一个是属性(vtkProperty)对象，负责控制颜色，不透明度等数据。所以这是VTK中的演员概念，用于表示渲染场景中可见的实体模型

4.vtkRenderWindows：该类用于将数据渲染到窗口中，即渲染窗口，是所有的可视化内容的最终显示位置，可以渲染多个不同演员从而实现一个场景中有多个不同的三维模型

5.vtkRenderer：该类负责管理场景的渲染过程，即用来管理渲染窗口中不同的演员，也可以用来设置场景的颜色和渐变效果等

6.vtkRenderWindowsInteractor：该类用于监听用户鼠标，键盘等事件，属于是渲染窗口交互器。这便是VTK中交互器

7.vtkInteractorStyleTrackballCamera：该类用来控制不同的交互风格，主要是用于设置相同的事件响应不同的函数。这便是VTK中的交互样式

在理解了这些类的作用和各个概念，可能大多数读者还是会一头雾水，在此博主通过以下形容帮助读者理解这些概念：VTK中的渲染过程可以看作工厂流水线，数据源用来根据设定的参数生成指定形状的模型，映射器会把这些模型拆解成一个一个图元，最后由演员来把这些图元组装起来拼成我们看到的三维模型。为了显示这些在组装好的模型，我们需要通过渲染器来管理每一个演员在渲染窗口中的位置，而为了在不同的角度观察演员，则需要通过交互器配合交互样式来实现视角的旋转，缩放等功能。

图形讲解VTK中的概念

可以将以上示例看作一个舞台剧演出。观看舞台剧时，观众坐在台下展现在观众面前的是一个舞台，舞台上有各式的灯光和各样的演员。演员出场时肯定是会先化妆，观众有时还会与台上的演员有一定的互动。

整个剧院就好比VTK程序的渲染窗口(vtkRenderWindow)；舞台就相当于渲染场景(vtkRenderer)；而那些演员就是程序中的Actor，台上演员与台下观众的互动可以看作与应用程序的交互(vtkRenderWindowInteractor);演员与观众的互动方式有很多种，现场的观众可以直接上台跟演员们握手拥抱，电视机前的可以发短信，计算机前的可以微博关注等，这就好比程序中的交互器样式(vtkInteractorStyle)；对于舞台上的演员，观众都可以一一分辨出来，不会弄混，是因为他们穿着打扮、容貌都不一样，这就相当于程序中vtkActor的不同属性(vtkProperty)；台下观众的眼睛可以看作vtkCamera，前排的观众因为离得近，在观看台上演员时会觉得他们比较高大，而后排的观众因为离得远，所以那些演员看起来就会显得小些，每位观众看到的东西在他/她的世界里都是唯一的，所以渲染场景Renderer里的vtkCamera对象也是只有一个;舞台上的灯光可以有多个，所以渲染场景里的vtkLight也存在多个。可以参考图2以加深理解。

图2.图形讲解VTK中的概念