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。
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
// 创建点集并添加点
vtkPoints points = vtkPoints.New();
points.InsertNextPoint(0, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 1, 0);
points.InsertNextPoint(0, 1, 0);
// 创建 PolyData 对象并设置点集
vtkPolyData polyData = vtkPolyData.New();
polyData.SetPoints(points);
代码说明
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
// 创建点集并添加点
vtkPoints points = vtkPoints.New();
points.InsertNextPoint(0, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 1, 0);
points.InsertNextPoint(0, 1, 0);
// 创建 CellArray 对象并添加拓扑单元
vtkCellArray cellArray = vtkCellArray.New();
cellArray.InsertNextCell(4); // 插入四边形单元
cellArray.InsertCellPoint(0);
cellArray.InsertCellPoint(1);
cellArray.InsertCellPoint(2);
cellArray.InsertCellPoint(3);
// 创建 PolyData 对象并设置点集和拓扑单元
vtkPolyData polyData = vtkPolyData.New();
polyData.SetPoints(points);
polyData.SetPolys(cellArray);
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
// 创建点集并添加点
vtkPoints points = vtkPoints.New();
points.InsertNextPoint(0, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 1, 0);
points.InsertNextPoint(0, 1, 0);
// 创建 CellArray 对象并添加拓扑单元
vtkCellArray cellArray = vtkCellArray.New();
cellArray.InsertNextCell(4); // 插入四边形单元
cellArray.InsertCellPoint(0);
cellArray.InsertCellPoint(1);
cellArray.InsertCellPoint(2);
cellArray.InsertCellPoint(3);
// 创建 PolyData 对象并设置点集和拓扑单元
vtkPolyData polyData = vtkPolyData.New();
polyData.SetPoints(points);
polyData.SetPolys(cellArray);
代码说明
vtkImageData 用于表示规则网格数据,例如图像数据。
代码示例
// 创建 ImageData 对象并设置尺寸和像素类型
vtkImageData imageData = vtkImageData.New();
imageData.SetDimensions(256, 256, 1);
imageData.SetScalarTypeToUnsignedChar();
// 创建像素数组并填充像素
byte[] pixelArray = new byte[256 * 256];
for (int i = 0; i < 256; i++)
{
for (int j = 0; j < 256; j++)
{
pixelArray[i * 256 + j] = (byte)(255 * Math.Sin(i / 10.0) * Math.Cos(j / 10.0));
}
}
// 设置像素数组并更新 ImageData 对象
imageData.GetPointData().SetScalars(pixelArray);
imageData.Update();
代码说明
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
// 创建点集并添加点
vtkPoints points = vtkPoints.New();
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
for (int j = 0; j < 5; j++)
{
for (int k = 0; k < 5; k++)
{
double[] point = { i, j, k };
points.InsertNextPoint(point);
}
}
}
// 创建 StructuredGrid 对象并设置点集
vtkStructuredGrid structuredGrid = vtkStructuredGrid.New();
structuredGrid.SetDimensions(5, 5, 5);
structuredGrid.SetPoints(points);
代码说明
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
// 新建四个点
vtkPoints points = vtkPoints.New();
points.InsertNextPoint(0, 0, 0);
points.InsertNextPoint(1, 0, 0);
points.InsertNextPoint(0, 1, 0);
points.InsertNextPoint(0, 0, 1);
// 新建四面体拓扑单元
vtkTetra tetra = vtkTetra.New();
tetra.GetPointIds().SetId(0, 0);
tetra.GetPointIds().SetId(1, 1);
tetra.GetPointIds().SetId(2, 2);
tetra.GetPointIds().SetId(3, 3);
// 新建 UnstructuredGrid 对象,并将点和拓扑单元添加进去
vtkUnstructuredGrid unstructuredGrid = vtkUnstructuredGrid.New();
unstructuredGrid.SetPoints(points);
unstructuredGrid.InsertNextCell(tetra.GetCellType(), tetra.GetPointIds());
// 可视化 UnstructuredGrid 对象
vtkDataSetMApper mapper = vtkDataSetMapper.New();
mapper.SetInputData(unstructuredGrid);
vtkActor actor = vtkActor.New();
actor.SetMapper(mapper);
vtkRenderer renderer = vtkRenderer.New();
renderer.AddActor(actor);
vtkRenderWindow renderWindow = vtkRenderWindow.New();
renderWindow.AddRenderer(renderer);
vtkRenderWindowInteractor interactor = vtkRenderWindowInteractor.New();
interactor.SetRenderWindow(renderWindow);
renderWindow.Render();
interactor.Start();
代码说明
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
// 新建一个表格结构
vtkTable table = vtkTable.New();
// 添加两个列(变量)
vtkFloatArray x = vtkFloatArray.New();
x.SetName("X");
table.AddColumn(x);
vtkFloatArray y = vtkFloatArray.New();
y.SetName("Y");
table.AddColumn(y);
// 添加十个行
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
// 在表格中插入新行
table.InsertNextRow();
// 向每行中添加数据
double[] rowData = { i, Math.Sin(i) };
table.SetValue(i, 0, rowData[0]);
table.SetValue(i, 1, rowData[1]);
}
// 可视化表格数据
vtkPlotLine line = vtkPlotLine.New();
line.SetInputData(table, "X", "Y");
vtkChartXY chart = vtkChartXY.New();
chart.AddPlot(line);
vtkRenderWindow renderWindow = vtkRenderWindow.New();
vtkRenderWindowInteractor interactor = vtkRenderWindowInteractor.New();
chart.RenderScene(renderWindow, interactor);
代码说明
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。