Marching Cubes算法用于在三维离散数据场中提取等值面。
算法简介
读入三维离散数据场[1]，设定等值面的值C0[2]。设定若干个小立方体包裹住目标区域，称为体元。
我们假定某体元一个角点的函数值大于 C0 , 则将该角点赋值为 1, 并称该角点位于等值面之内。如果该角点的函数值小于等值面的值C0 , 则将该角点赋值为零, 并称该角点位于等值面之外。显然, 如果某体元中一条边的一个角点在等值面之内, 而另一个角点在等值面之外, 那么, 该边必然与所求等值面相交。根据这一原理就可以判断所求等值面将与哪些体元相交, 或者说将穿过哪些体元。
由于每个顶点都有0和1这两个可能的值，所以一个体元中可能的等值面情况是 28=256 种。但是可以用两种对称性将 256 种情况降到 15种 情况。第一，若将体元中值等于1的顶点的值和值等于0的顶点的值进行对换，等值面的情况不变，这样可能的情况变成原来的一半。第二，立方体是中心对称的，根据这个特性情况再次减少，降为15种。如下图所示。
将所有体元立方体生成的三角形拼在一起，就是要的等值面
[1] 用于医疗诊断的断层扫描仪( CT ) 及核磁共振仪( MRI ) 等产生的图象均属于这一类型
[2] 该值表示一种阈值，例如在CT中，改变阈值可以过滤出不同的组织
代码实现
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkStructuredPointsReader.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkMarchingCubes.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
//读入Structured_Points类型的vtk文件。
auto reader = vtkSmartPointer<vtkStructuredPointsReader>::New();
reader->SetFileName("../res/head.vtk");
// 用移动立方体法提取等值面。
auto marchingCubes = vtkSmartPointer<vtkMarchingCubes>::New();
marchingCubes->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
marchingCubes->SetValue(0, 500);
// 将生成的等值面数据进行Mapper
auto mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
mapper->SetInputConnection(marchingCubes->GetOutputPort());
// 把Mapper的输出送入渲染引擎进行显示
auto actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
actor->SetMapper(mapper);
// 渲染
auto renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
// 设置渲染窗口
auto renWin = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
renWin->AddRenderer(renderer);
// 添加交互样式
auto interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
interactor->SetRenderWindow(renWin);
renWin->Render();
auto style = vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>::New();
interactor->SetInteractorStyle(style);
interactor->Initialize();
interactor->Start();
return 0;
}
文档信息
- 本文作者：wzx
- 本文链接：https://masterwangzx.com/2018/10/22/vtk-marching-cubes/
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