VTK用户指南（第11版）：安装、使用与扩展详解

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《可视化工具包用户指南》（The VTK User’s Guide）是由Kitware公司编撰并发布的第11版权威文档。这本书详细介绍了如何安装、使用和扩展可视化工具箱（VTK），这是一款广泛应用于科学计算、医学成像、计算机图形学和数据分析等领域的强大软件套件。该指南不仅包含了丰富的技术细节，还汇集了多位来自Kitware和Sandia National Laboratories的专业人士，如Lisa Avila、Utkarsh Ayachit、Sebastien Barré等，他们分享了各自在开发和应用VTK过程中的经验与见解。书中内容涵盖了VTK的核心功能，包括但不限于数据结构、几何处理、图像渲染、交互式界面设计以及高级主题，如并行计算和GPU加速。通过阅读这本书，用户可以掌握如何利用VTK进行3D模型的创建、数据可视化、以及创建交互式应用程序。此外，指南还强调了如何参与到活跃的VTK社区，访问官方网站http://www.vtk.org，参与讨论，获取最新的技术支持和资源更新。对于商业用户，Kitware公司提供了专门的咨询服务，对于有需求的企业和个人，可以通过访问http://www.kitware.com或发送邮件至kitware@kitware.com了解更多信息。版权方面，该书享有2010年Kitware, Inc.的版权保护。《VTK用户指南》是一部深度学习和实践VTK技术的实用手册，无论你是初学者还是经验丰富的开发者，都能从中受益匪浅，提升在科学可视化和数据处理领域的技能。

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Image Permute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

Image Mathematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Image Reslice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Iterating through an image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Chapter 7 Volume Rendering 139

7.1 Historical Note on Supported Data Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

7.2 A Simple Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

7.3 Why Multiple Volume Rendering Techniques? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

7.4 Creating a vtkVolume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

7.5 Using vtkPiecewiseFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

7.6 Using vtkColorTransferFunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

7.7 Controlling Color / Opacity with a vtkVolumeProperty. . . . . . . . . . . . 145

7.8 Controlling Shading with a vtkVolumeProperty. . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.9 Creating a Volume Mapper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

7.10 Cropping a Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

7.11 Clipping a Volume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.12 Controlling the Normal Encoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.13 Volumetric Ray Casting for vtkImageData. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

7.14 Fixed Point Ray Casting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.15 2D Texture Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.16 3D Texture Mapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.17 Volumetric Ray Casting for vtkUnstructuredGrid . . . . . . . . . . . . . . . . 157

7.18 ZSweep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

7.19 Projected Tetrahedra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.20 Speed vs. Accuracy Trade-offs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

7.21 Using a vtkLODProp3D to Improve Performance . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Chapter 8 Information Visualization 163

8.1 Exploring Relationships in Tabular Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Converting a Table to a Graph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Converting a Table to a Tree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

8.2 Graph Visualization Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Vertex Layout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Edge Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

Converting Layouts to Geometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

Area Layouts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

8.3 Views and Representations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Selections in Views . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

8.4 Graph Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Boost Graph Library Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Creating Graph Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

The Parallel Boost Graph Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Multithreaded Graph Library . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

8.5 Databases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Connecting to a Database. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Executing Queries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Queries and Threads. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Reading Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Writing Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

Table Schemata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

8.6 Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192

Specifying columns of interest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193

Univariate Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .194

Bivariate statistics:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

Multivariate statistics: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .195

Using statistics algorithms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .196

Parallel Statistics Algorithms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .197

8.7 Processing Multi-Dimensional Data. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .198

Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .199

Using multi-dimensional arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201

Performance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203

Populating Dense Arrays. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203

Populating Sparse Arrays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203

Iteration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .204

Array Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

Array Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

Array Algorithms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .206

Chapter 9 Geospatial Visualization 207

9.1 Geographic Views and Representations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .207

9.2 Generating Hierarchies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .210

9.3 Hierarchical Data Sources—On-demand resolution . . . . . . . . . . . . . . .210

9.4 Terrain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211

9.5 Cartographic Projections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211

Chapter 10 Building Models 213

10.1 Implicit Modeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

Creating An Implicit Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .213

Sampling Implicit Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215

10.2 Extrusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .217

10.3 Constructing Surfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218

Delaunay Triangulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .218

Gaussian Splatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

Surfaces from Unorganized Points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .224

Chapter 11 Time Varying Data 227

11.1 Introduction to temporal support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .227

11.2 VTK's implementation of time support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228

TIME_RANGE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228

TIME_STEPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .228

UPDATE_TIME_STEPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

DATA_TIME_STEPS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

CONTINUE_EXECUTING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .229

Using time support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .230

Chapter 12 Reading and Writing Data 239

12.1 Readers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .239

Data Object Readers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .240

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