VTK的基本概念（一）

TechNomad2024-11-29 12:52

文章目录

三维场景的基本要素

1.灯光

在三维渲染场景中，可以有多个灯光的存在，灯光和相机是三维渲染场景的必备要素，如果没有指定的话，vtkRenderer会自动创建默认的灯光和相机。在VTK里用类vtkLight来表示渲染场景中的灯光，与现实中的灯光类似，VTK中的vtkLight实例也可以打开、关闭，设置灯光的颜色，照射位置(焦点)、灯光所在的位置、强度等。

vtkLight可以分为位置灯光(也叫聚光灯)和方向灯光。

位置灯光：即光源位置在渲染场景中的某个位置，可以指定灯光的衰减值、锥角等；

方向灯光：即指光源位置在无穷远，可以认为光线是平行的，比如自然界中的太阳光。光源的位置和焦点的连线定义光线的方向。默认的vtkLight为方向灯光。

vtkLight提供了一系列方法来设置光源的位置、颜色、类型和强度等。以下是 vtkLight 的一些常用方法。
位置与方向：

SetPosition(double x, double y, double z)：设置光源的位置。

GetPosition()：获取光源的位置，返回一个三元组（x, y, z）。

SetFocalPoint(double x, double y, double z)：设置光源的焦点位置，即光线指向的方向。

GetFocalPoint()：获取光源的焦点位置。

颜色与亮度：

SetColor(double r, double g, double b)：设置光源的颜色，参数为 RGB 值（范围 0-1）。

GetColor()：获取光源的颜色，返回 RGB 三元组。

SetIntensity(double intensity)：设置光源的亮度（强度），值范围通常为 0 到 1。

GetIntensity()：获取光源的亮度（强度）值。

光源类型：

SetLightTypeToHeadlight()：将光源类型设置为"头灯"，光源总是朝向相机，无论位置如何变化。

SetLightTypeToCameraLight()：将光源类型设置为"相机光源"，光源位置与相机位置一致，随相机移动。

SetLightTypeToSceneLight()：将光源类型设置为"场景光源"，光源位于场景中的固定位置。

GetLightType()：获取当前光源的类型。

衰减：

SetAttenuationValues(double constant, double linear, double quadratic)：设置光源的衰减系数，分别控制常数、线性和二次衰减因子。

GetAttenuationValues()：获取光源的衰减系数。

开关控制：

SwitchOn() / SwitchOff()：开启或关闭光源。

SetSwitch(bool on)：直接设置光源是否开启，true 表示开启，false 表示关闭。

GetSwitch()：获取光源的开关状态，返回布尔值。

阴影设置：

SetShadowAttenuation(double attenuation)：设置光源阴影的衰减值，用于控制阴影的强度。

GetShadowAttenuation()：获取阴影的衰减值。

其他常用方法：

DeepCopy(vtkLight *light)：复制另一个光源的属性到当前光源。

SetConeAngle(double angle)：设置聚光灯的角度，仅在聚光灯模式下生效。

SetExponent(double exponent)：设置聚光灯的光强指数，指数越大，光照越集中。

以下是一个使用 vtkLight 的示例，展示了如何在 VTK 场景中创建和设置光源的属性。该示例创建了一个简单的场景，包括一个立方体和一个自定义光源，并演示如何设置光源的位置、颜色、类型等。

cpp 复制代码 
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkCubeSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkGenericOpenGLRenderWindow.h>
#include <vtkLight.h>

QtVTKDemo::QtVTKDemo(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    ui.setupUi(this);

    this->setFixedSize(800, 600);

    QSurfaceFormat::setDefaultFormat(QVTKOpenGLNativeWidget::defaultFormat());
  
    // 创建渲染器、渲染窗口和交互器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);

    // 创建一个立方体
    vtkSmartPointer<vtkCubeSource> cubeSource = vtkSmartPointer<vtkCubeSource>::New();

    // 创建映射器并连接立方体数据
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cubeMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    cubeMapper->SetInputConnection(cubeSource->GetOutputPort());

    // 创建演员并设置映射器
    vtkSmartPointer<vtkActor> cubeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    cubeActor->SetMapper(cubeMapper);

    // 将立方体添加到渲染器中
    renderer->AddActor(cubeActor);

    // 创建光源
    vtkSmartPointer<vtkLight> light = vtkSmartPointer<vtkLight>::New();

    // 设置光源的位置、焦点、颜色和亮度
    light->SetPosition(1.0, 1.0, 1.0);      // 设置光源位置
    light->SetFocalPoint(0.0, 0.0, 0.0);    // 设置光源焦点，使光源指向立方体中心
    light->SetColor(1.0, 1.0, 1.0);         // 设置光源颜色为白色
    light->SetIntensity(0.8);               // 设置光源强度为0.8

    // 设置光源类型为场景光源（固定在场景中的位置,不随相机移动）
    light->SetLightTypeToSceneLight();
    
    // 将光源添加到渲染器
    renderer->AddLight(light);

    // 设置渲染器背景颜色
    renderer->SetBackground(0.1, 0.1, 0.1); // 深灰色背景
    
    // 开始渲染和交互
    ui.openGLWidget->setRenderWindow(renderWindow);
}

注意：因为Render里可以有多个灯光，所以VTK提供的接口是AddLight()而不是SetLight()。

2.相机

在VTK中，相机（vtkCamera）是一个用于控制三维场景中视角的对象，相机在VTK的3D渲染中扮演着重要的角色，因为它决定了观察者如何看待场景。相机的位置、朝向和投影方式可以通过vtkCamera类来控制。相机投影示意图如下所示：

从上图可以看出与相机投影相关的要素主要有以下几个：

相机位置：相机所处的位置，用vtkCamera::SetPosition()方法设置。

相机焦点：用vtkCamera::SetFocusPoint()方法设置，默认的焦点位置在世界坐标系的原点。

朝上方向：朝上方向即哪个方向为相机朝上的方向。就好比直立看东西，方向为头朝上，看到的东西也是直立的。如果倒立看东西，这时方向为头朝下，看到的东西就是倒立的。相机位置、相机焦点和朝上方向三个因素确定了相机的实际方向，即确定相机的视图。

投影方向：相机位置到相机焦点的向量方向即为投影方向。

投影方法：该要素用于确定Actor是如何映射到像平面的。vtkCamera定义了两种投影方法；一种是正交投影，也叫平行投影，即进入相机的光线与投影方向是平行的；另一种是透视投影，即所有光线相交于一点。该投影方法最符合人类眼睛对于景物所产生的近大远小的视觉习惯。

视角：透视投影时需要指定相机的视角（View Angle），默认的视角大小为30度，可以用vtkCamera::SetViewAngle()方法设置。

前后裁剪平面：裁剪平面与投影方向相交，一般与投影方向也是垂直的，裁剪平面主要用于评估Actor与相机距离的远近，只有在前后裁剪平面之间的Actor才是可见的。裁剪平面的位置可以用vtkCamera:SetClippingRange()方法设置。

以下是一个使用 vtkCamera的示例

cpp 复制代码 
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkCubeSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkGenericOpenGLRenderWindow.h>
#include <vtkLight.h>
#include <vtkCamera.h>

QtVTKDemo::QtVTKDemo(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    ui.setupUi(this);

    this->setFixedSize(800, 600);

    QSurfaceFormat::setDefaultFormat(QVTKOpenGLNativeWidget::defaultFormat());
  
    // 创建渲染器、渲染窗口和交互器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();

    // 创建并设置相机
    vtkSmartPointer<vtkCamera> camera = vtkSmartPointer<vtkCamera>::New();
    camera->SetPosition(10, 10, 10); // 设置摄像机的位置坐标。默认位置是 (0, 0, 1)。
    camera->SetFocalPoint(0, 0, 0); // 设置摄像机的焦点，即摄像机所看的目标点位置。
    camera->SetViewAngle(40); // 设置视角（视场角），角度以度数表示，通常在30到45度之间。视角决定了摄像机的视野范围。
    camera->SetClippingRange(0.1, 1000); // 设置近裁剪平面和远裁剪平面。该函数控制显示的最近和最远距离。（设置裁剪平面范围为 0.1 到 1000）
    camera->SetViewUp(0, 1, 0); // 设置视上方向，通常用于控制摄像机的"上"方向。（设置摄像机上方向为 (0, 1, 0)）
    
    renderer->SetActiveCamera(camera);

    vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);

    // 创建一个立方体
    vtkSmartPointer<vtkCubeSource> cubeSource = vtkSmartPointer<vtkCubeSource>::New();

    // 创建映射器并连接立方体数据
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cubeMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    cubeMapper->SetInputConnection(cubeSource->GetOutputPort());

    // 创建演员并设置映射器
    vtkSmartPointer<vtkActor> cubeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    cubeActor->SetMapper(cubeMapper);

    // 将立方体添加到渲染器中
    renderer->AddActor(cubeActor);

    // 创建光源
    vtkSmartPointer<vtkLight> light = vtkSmartPointer<vtkLight>::New();

    // 设置光源的位置、焦点、颜色和亮度
    light->SetPosition(1.0, 1.0, 1.0);      // 设置光源位置
    light->SetFocalPoint(0.0, 0.0, 0.0);    // 设置光源焦点，使光源指向立方体中心
    light->SetColor(1.0, 1.0, 1.0);         // 设置光源颜色为白色
    light->SetIntensity(0.8);               // 设置光源强度为0.8

    // 设置光源类型为场景光源（固定在场景中的位置,不随相机移动）
    light->SetLightTypeToSceneLight();
     
    // 将光源添加到渲染器
    renderer->AddLight(light);

    // 设置渲染器背景颜色
    renderer->SetBackground(0.1, 0.1, 0.1); // 深灰色背景
    renderWindow->SetSize(600, 600);        // 设置渲染窗口大小

    // 开始渲染和交互
    ui.openGLWidget->setRenderWindow(renderWindow);
}

另外vtkCamera 类中的 Dolly()、Roll()、Azimuth()、Yaw()、Elevation()、Pitch() 和 Zoom() 函数提供了丰富的摄像机视角调整选项，允许你通过不同的方式调整摄像机的位置、旋转角度和缩放比例。

vtkCamera运动方向示意图

Dolly(double value)： 用于沿视线方向拉近或拉远视图，值大于1会拉近，小于1会拉远。Dolly() 影响摄像机和焦点的相对距离，改变场景的纵深感。

Roll(double angle)：沿摄像机视线方向旋转摄像机，使画面有"滚动"效果。通常用于模拟摄像机在视线方向上的滚动旋转。

Azimuth(double angle)：绕摄像机的垂直轴（Y轴）旋转视角，相当于左右旋转视图。用于改变水平方向的视角。

Yaw(double angle)：Yaw() 和 Azimuth() 类似，都是绕 Y 轴旋转，但它直接影响摄像机的方向而不是整个视图。通常用于改变摄像机的指向。

Elevation(double angle)：绕 X 轴旋转摄像机视角，改变垂直方向的视角，类似于仰视或俯视场景。

Pitch(double angle)：Pitch() 和 Elevation() 类似，绕 X 轴旋转摄像机，但直接影响摄像机的指向而非视图。

Zoom(double factor)：用于缩放视图，影响摄像机的视角大小。factor 值大于1会放大，小于1会缩小。

以下示例展示如何结合使用这些函数来调整摄像机的视角

cpp 复制代码 
vtkSmartPointer<vtkCamera> camera = vtkSmartPointer<vtkCamera>::New();
camera->SetPosition(0, 0, 10);  // 设置摄像机位置
camera->SetFocalPoint(0, 0, 0); // 设置摄像机焦点

camera->Dolly(1.2);     // 拉近视图
camera->Roll(45);       // 视线滚动45度
camera->Azimuth(30);    // 水平旋转30度
camera->Yaw(20);        // 绕Y轴旋转20度
camera->Elevation(15);  // 垂直旋转15度
camera->Pitch(10);      // 绕X轴旋转10度
camera->Zoom(1.5);      // 放大视图1.5倍

从上述可以看出，Dolly 和 Zoom 都用于拉近或拉远视图，但 Dolly 更适合产生真实的深度感；Roll 适合调整画面旋转感（滚动）；Azimuth 和 Elevation 改变视角的水平方向和垂直方向，Yaw 和 Pitch 改变摄像机的方向而不影响场景整体视图。

3.颜色

颜色是Actor重要的属性之一。VTK采用RGB和HSV两种颜色系统来描述颜色。

RGB颜色系统由三个颜色分量：红色（R）、绿色（G）、和蓝色（B）的组合表示，在VTK里，这三个分量的取值范围都是0~1，(0, 0, 0)表示黑色，(1, 1, 1)表示白色。vtkProperty::SetColor(r, g, b)采用的就是RGB颜色系统设置颜色属性值。

HSV颜色系统同样也是由三个分量来决定颜色，它们分别是：色相（Hue），表示颜色的基本属性，就是通常所说的颜色名称，如红色、黄色；饱和度，是指颜色的纯度，其值越高则越纯；值（Value，也就是强度Intensity或者亮度Bright），值为0通常表示的是黑色，值为1表示的是最亮的颜色。这三个分量的取值范围0~1。类vtkLookupTable提供了HSV颜色系统设置的方法。
(1).设置颜色属性

可以直接在渲染的对象上设置颜色属性，包括：

Actor的颜色设置：通过actor->GetProperty()->SetColor()来设置一个对象的颜色。

边界颜色和透明度：使用SetEdgeColor()和SetOpacity()等方法对渲染物体的边界颜色和透明度进行控制。

环境光、漫反射和镜面反射颜色：通过SetAmbientColor()、SetDiffuseColor()、SetSpecularColor()等方法来设置材质的反射特性。

以下是一个简单的VTK示例，用于演示颜色属性设置，包括颜色、边界颜色、透明度、环境光、漫反射和镜面反射等：

cpp 复制代码 
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkGenericOpenGLRenderWindow.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkProperty.h>

QtVTKDemo::QtVTKDemo(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    ui.setupUi(this);

    this->setFixedSize(800, 600);

    QSurfaceFormat::setDefaultFormat(QVTKOpenGLNativeWidget::defaultFormat());
  
    // 创建渲染器、渲染窗口和交互器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();

    vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    
    // 创建一个球体数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(5.0);

    // 将球体数据映射到几何数据
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> sphereMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    sphereMapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

    // 创建演员并设置映射器
    vtkSmartPointer<vtkActor> sphereActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    sphereActor->SetMapper(sphereMapper);

    // 设置颜色属性
    sphereActor->GetProperty()->SetColor(0.1, 0.6, 0.8);           // 设置球体颜色（RGB: 浅蓝色）
    sphereActor->GetProperty()->SetEdgeColor(0.0, 0.0, 0.0);       // 设置边界颜色（黑色）
    sphereActor->GetProperty()->EdgeVisibilityOn();                 // 开启边界显示
    sphereActor->GetProperty()->SetOpacity(0.7);                    // 设置透明度（0.0 = 全透明，1.0 = 不透明）
    sphereActor->GetProperty()->SetAmbientColor(0.2, 0.2, 0.2);     // 设置环境光颜色
    sphereActor->GetProperty()->SetDiffuseColor(0.1, 0.6, 0.8);     // 设置漫反射颜色
    sphereActor->GetProperty()->SetSpecularColor(1.0, 1.0, 1.0);    // 设置镜面反射颜色（白色）
    sphereActor->GetProperty()->SetSpecular(0.5);                   // 镜面反射强度
    sphereActor->GetProperty()->SetSpecularPower(30.0);             // 镜面反射的光泽度

    // 将立方体添加到渲染器中
    renderer->AddActor(sphereActor);

    // 设置渲染器背景颜色
    renderer->SetBackground(0.1, 0.1, 0.1); // 深灰色背景
    renderWindow->SetSize(600, 600);        // 设置渲染窗口大小

    // 开始渲染和交互
    ui.openGLWidget->setRenderWindow(renderWindow);
}


(2).设置颜色映射

在VTK中，颜色映射是将标量数据映射到颜色的一种方式，常用于对科学数据的可视化。颜色映射可以使用vtkLookupTable或者vtkColorTransferFunction来实现。

cpp 复制代码 
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkGenericOpenGLRenderWindow.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkFloatArray.h>
#include <vtkLookupTable.h>
#include <vtkPointData.h>

QtVTKDemo::QtVTKDemo(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    ui.setupUi(this);

    this->setFixedSize(800, 600);

    QSurfaceFormat::setDefaultFormat(QVTKOpenGLNativeWidget::defaultFormat());
  
    // 创建渲染器、渲染窗口和交互器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();

    vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);

    // 创建一个球体数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    /*
        作用：设置球体在水平（绕Z轴）方向的分段数量。
        参数：传入一个整数值，表示沿着球体赤道平分的分段数量。
        影响：增大 ThetaResolution 值会使球体在水平方向上更光滑细腻，但会增加计算量和渲染时间。
    */
    sphereSource->SetThetaResolution(30); // 会将球体的水平方向分成 30 个分段。
    /*
        作用：设置球体在垂直方向的分段数量，从南极到北极。
        参数：传入一个整数值，表示沿着球体从底到顶（南极到北极）平分的分段数量。
        影响：增大 PhiResolution 值会使球体在垂直方向上更加平滑，同样会增加计算和渲染成本。
    */
    sphereSource->SetPhiResolution(30);  // 会将球体的垂直方向分成 30 个分段。
    /*
        低分辨率：SetThetaResolution(10) 和 SetPhiResolution(10) 将创建一个较粗糙的球体，因为分段少。
        高分辨率：SetThetaResolution(50) 和 SetPhiResolution(50) 会生成一个非常光滑的球体，但计算量和渲染成本也会增加。
        SetThetaResolution 和 SetPhiResolution 的值越大，球体的外观越平滑，细节越丰富，但会带来更高的计算开销。
    */
    sphereSource->Update();

    // 创建一个标量数据数组，将标量数据与球体的顶点关联
    vtkSmartPointer<vtkFloatArray> scalars = vtkSmartPointer<vtkFloatArray>::New();
    for (vtkIdType i = 0; i < sphereSource->GetOutput()->GetNumberOfPoints(); ++i)
    {
        scalars->InsertNextValue(static_cast<float>(i % 100) / 100.0);  // 模拟生成标量数据
    }
    sphereSource->GetOutput()->GetPointData()->SetScalars(scalars);

    // 创建颜色映射表（Lookup Table）
    vtkSmartPointer<vtkLookupTable> lookupTable = vtkSmartPointer<vtkLookupTable>::New();
    lookupTable->SetNumberOfTableValues(256);   // 设置颜色表的大小
    lookupTable->SetRange(0.0, 1.0);            // 标量值的范围
    lookupTable->Build();

    // 设置颜色映射的渐变（如从蓝色到红色）
    for (int i = 0; i < 256; ++i) {
        double r = static_cast<double>(i) / 255.0;
        double b = 1.0 - r;
        lookupTable->SetTableValue(i, r, 0.0, b);  // 渐变从蓝色到红色
    }

    // 将球体数据映射到几何数据
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> sphereMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    sphereMapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());
    sphereMapper->SetLookupTable(lookupTable);          // 设置映射表
    sphereMapper->SetScalarRange(0.0, 1.0);             // 设置标量数据的范围，映射到颜色表

    // 创建演员并设置映射器
    vtkSmartPointer<vtkActor> sphereActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    sphereActor->SetMapper(sphereMapper);

    // 设置颜色属性
    sphereActor->GetProperty()->SetColor(0.1, 0.6, 0.8);           // 设置球体颜色（RGB: 浅蓝色）
    sphereActor->GetProperty()->SetEdgeColor(0.0, 0.0, 0.0);       // 设置边界颜色（黑色）
    sphereActor->GetProperty()->EdgeVisibilityOn();                 // 开启边界显示
    sphereActor->GetProperty()->SetOpacity(0.7);                    // 设置透明度（0.0 = 全透明，1.0 = 不透明）
    sphereActor->GetProperty()->SetAmbientColor(0.2, 0.2, 0.2);     // 设置环境光颜色
    sphereActor->GetProperty()->SetDiffuseColor(0.1, 0.6, 0.8);     // 设置漫反射颜色
    sphereActor->GetProperty()->SetSpecularColor(1.0, 1.0, 1.0);    // 设置镜面反射颜色（白色）
    sphereActor->GetProperty()->SetSpecular(0.5);                   // 镜面反射强度
    sphereActor->GetProperty()->SetSpecularPower(30.0);             // 镜面反射的光泽度

    // 将立方体添加到渲染器中
    renderer->AddActor(sphereActor);

    // 设置渲染器背景颜色
    renderer->SetBackground(0.1, 0.1, 0.1); // 深灰色背景
    renderWindow->SetSize(600, 600);        // 设置渲染窗口大小

    // 开始渲染和交互
    ui.openGLWidget->setRenderWindow(renderWindow);
}

上述代码中创建了一个vtkFloatArray并为球体的每个顶点设置了一个标量值。这里是模拟数据，将每个顶点的标量值设置为i % 100 / 100.0。vtkLookupTable：创建了一个颜色映射表，并为其设置范围为0.0到1.0。然后通过一个循环为颜色表中的每个值设置一个渐变颜色，从蓝色到红色。将颜色表设置到vtkPolyDataMapper的映射器上，并使用SetScalarRange方法来指定标量数据的范围，使其映射到颜色表中。最后创建渲染窗口和交互器，将颜色映射应用到的球体显示在窗口中。

在计算机图形学中，RGB颜色模型用于表示颜色，其中 R（红）、G（绿）、B（蓝） 三个通道的组合决定最终的颜色。

RGB每个通道的取值范围为：

0 到 255：通常用于8位色深的颜色表示（即0-255范围的整数）。这个范围是最常见的 RGB 表示法，适用于图像处理、计算机显示器、网页设计等。

0.0 到 1.0：用于归一化的浮点表示法（即0.0-1.0的浮点数）。在计算机图形学和许多绘图库（例如 OpenGL、VTK）中常用这种表示法。0.0表示最小强度（无光），1.0表示最大强度（全亮）。

通过不同强度的 RGB 值组合可以生成不同的颜色。例如：

(255, 0, 0) 或 (1.0, 0.0, 0.0)：纯红色

(0, 255, 0) 或 (0.0, 1.0, 0.0)：纯绿色

(0, 0, 255) 或 (0.0, 0.0, 1.0)：纯蓝色

(255, 255, 255) 或 (1.0, 1.0, 1.0)：白色（所有通道全亮）

(0, 0, 0) 或 (0.0, 0.0, 0.0)：黑色（所有通道关闭）

在编程中，可以方便地将0-255范围的 RGB 值转换为0.0-1.0的归一化形式。例如：

cpp 复制代码 
double normalizedR = r / 255.0;
double normalizedG = g / 255.0;
double normalizedB = b / 255.0;

4.纹理映射

纹理映射是创建逼真效果的强大的图形工具，它的原理是渲染时把二维的图像贴到物体的表面上，根据二维图像渲染出丰富多彩的效果，所以叫纹理贴图。纹理映射需要三个要素：待贴图的表面、纹理映射以及纹理坐标。其中纹理映射在VTK中就是vtkImageData的数据集，而纹理坐标则用于控制纹理图在表面的位置。

cpp 复制代码 
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkGenericOpenGLRenderWindow.h>
#include <vtkPNGReader.h>
#include <vtkTexture.h>

QtVTKDemo::QtVTKDemo(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    ui.setupUi(this);

    this->setFixedSize(800, 600);

    QSurfaceFormat::setDefaultFormat(QVTKOpenGLNativeWidget::defaultFormat());
  
    // 创建渲染器、渲染窗口和交互器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkGenericOpenGLRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);

    // 创建球体数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetThetaResolution(30);
    sphereSource->SetPhiResolution(30);
    sphereSource->Update();

    // 加载纹理图像
    vtkSmartPointer<vtkPNGReader> pngReader = vtkSmartPointer<vtkPNGReader>::New();
    pngReader->SetFileName("VTKDemo.png");

    vtkSmartPointer<vtkTexture> texture = vtkSmartPointer<vtkTexture>::New();
    texture->SetInputConnection(pngReader->GetOutputPort());

    // 创建映射器并连接立方体数据
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> sphereMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    sphereMapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

    // 创建演员并设置映射器
    vtkSmartPointer<vtkActor> sphereeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    sphereeActor->SetMapper(sphereMapper);
    sphereeActor->SetTexture(texture);

    // 将立方体添加到渲染器中
    renderer->AddActor(sphereeActor);


    // 设置渲染器背景颜色
    renderer->SetBackground(0.1, 0.1, 0.1); // 深灰色背景

    // 开始渲染和交互
    ui.openGLWidget->setRenderWindow(renderWindow);
}

针对不同的图像格式，VTK 提供了不同的读取类：

JPEG 文件：使用 vtkJPEGReader。

PNG 文件：使用 vtkPNGReader。

TIFF 文件：使用 vtkTIFFReader。

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