上一節(jié)課內(nèi)容回顧

1、上一節(jié)課內(nèi)容回顧2.1 Python概要2.2 Python 快速入門 (1)基本的運算式(int,long,float,complex) (2)基本數(shù)據(jù)類型與操作(String,List,Tupe,Dictionary) (3)函數(shù) def myFunction(.): (4)類 class myClass（.）： (5)控制流程 If else; while :; for . in () : (6)模塊 py pyc pyo1上一節(jié)課內(nèi)容回顧2.1 Python安裝在下，有python的安裝文件：python-2.4.2.msi執(zhí)行 python-2.4.2.msi 進行安裝；設置路徑py

2、thon24和python24dlls到PATH中。2.2 Python 相關網(wǎng)站 中文PYTHON論壇 PYTHON主站點 2.3 Python程序的編輯與運行 使用任何文本編輯程序都可編寫python程序。保存為*.py 在DOS提示符下輸入python *.py即可運行，或在IDLE中打開*.py文件，運行即可。另外，如果是2000或xp，可把*.py和python.exe關聯(lián)起來，然后輸入*.py或鼠標直接Click運行。 2上一節(jié)課內(nèi)容回顧關于函數(shù)的缺省參數(shù)：def func1(a, b=):b.append(a)return bdef func2(a, b=None):if( b

3、= None ):b=b.append(a)return bprint -函數(shù)func1的結果-print func1(1)print func1(2)print func1(3)printprint -函數(shù)func2的結果-print func2(1)print func2(2)print func2(3)-函數(shù)func1的結果-11, 21, 2, 3-函數(shù)func2的結果-1233上一節(jié)課內(nèi)容回顧def func1(a, b=):函數(shù)func1的參數(shù)b帶有缺省值，這意味著python在生成函數(shù)對象func1時，自動為參數(shù)b生成一個缺省列表對象.這個對象本身是不能改變的，任何時候以缺省參數(shù)

4、調用func1時都是訪問的該列表對象。列表不變，但列表的內(nèi)容卻是可變的。def func2(a, b=None):函數(shù)func2的參數(shù)b帶有缺省值None，這意味著python在生成函數(shù)對象func2時，自動為參數(shù)b生成一個缺省對象None.這個對象本身時不能改變的，任何時候以缺省參數(shù)調用func2時都是訪問的該空對象。4本節(jié)課內(nèi)容VTK: A Tutorial， 介紹VTK的基本內(nèi)容1 What is VTK?2 VTK圖形模型3 VTK可視化模型53.0 VTK安裝在http:/lesson/eiv， 有vtk 5.0版已編譯好的安裝文件：VTK.ZIP把VTK.ZIP解壓到目錄pytho

5、n24下。(2) VTK的主站點 在可在該站點上下載最新版的源代碼、特定平臺的二進制代碼、例子、數(shù)據(jù)和文檔等。 6 VTK 是幾個較為廣泛使用的可視化系統(tǒng)之一。AVS 是商用系統(tǒng)，IBM s Data Explorer (DX)原先為商用系統(tǒng),目前已轉為開放源代碼系統(tǒng)并改名為OpenDX.其它還有NAG Explorer 4 and Template Graphics Amira. VTK是一個通用可視化系統(tǒng), 已被許多大學和研究機構采用，作為教學和研究工具。許多公司也在其基礎上開發(fā)了各種可視化系統(tǒng)，包括醫(yī)學可視化,體可視化,石油勘探,聲學系統(tǒng),流體系統(tǒng),有限元分析,表面重構等。73.1 Wh

6、at is VTK? 開放源代碼、可移植 (WinTel/Unix)、面向對象的3D計算 機圖形,可視化,和圖像處理系統(tǒng)； 以 C +語言實現(xiàn),支持Tcl、Python和Java語言； 支持復雜應用程序開發(fā)，應用程序快速原型開發(fā)； 支持多種GUI開發(fā)環(huán)境，如Tk 、X/Motif、MFC、wxWidgets 。 提供數(shù)據(jù)表達類型，包括無結構點集,多邊形數(shù)據(jù),圖像,體元,結構 格網(wǎng),正交格網(wǎng),以及無結構格網(wǎng)等. 通過 readers/import以及writers/export和其它程序交換數(shù)據(jù)。 提供數(shù)百個數(shù)據(jù)處理器處理各種數(shù)據(jù),從圖像變換到三角網(wǎng)構建. VTK繪制模式支持2D、多邊形、體元和

7、紋理繪制，以及它們的各 種組合。83.2 VTK結構3.2.1 VTK 在API訪問接口上包括兩個主要部分: C實現(xiàn)的核心層 自動生成的接口層，包括Tcl、Java和Python.9 C實現(xiàn)的核心層：數(shù)據(jù)結構、算法和對計算時間要求高的系統(tǒng)函數(shù)在C核心層中實現(xiàn)。核心層中采用對象工廠和虛擬函數(shù)等提高系統(tǒng)可移植性以及可擴展性。VTK在核心層獨立于任何GUI，不依賴于某一特定的窗口系統(tǒng)。應用程序開發(fā)者能很方便地把VTK插入到自己開發(fā)的系統(tǒng)中。VTK通過抽象的圖像模型實現(xiàn)圖形的可移植性。10 自動生成的接口層：核心層提供速度和效率，接口層提供的是靈活和可擴展能力。例如使用GUI原型開發(fā)工具如Tcl/Tk

8、, Python/Tk,Python/wxPython, 或 Java AWT可進行專業(yè)應用程序的快速開發(fā)。113.2.2 VTK內(nèi)部組成VTK內(nèi)部包括兩個主要的子系統(tǒng) 圖形模型子系統(tǒng)和可視化管道子系統(tǒng)。（1）圖形模型子系統(tǒng)圖形模型是建立在圖形語言（如OPENGL）基礎上的抽象層，提供跨平臺的可移植性。在1993年, 不同的計算機平臺有各自的圖形語言： XGL for Sun, Starbase for Hewl tt-Packard, gl for Silicon Graphics.為了實現(xiàn)圖形的平臺與設備無關，提出了圖形模型.圖形模型中的對象采用電影工業(yè)中的名稱命名。燈光、相機、演員和道具

9、是 用戶創(chuàng)建場景所使用的類。通過抽象圖形模型，3D多邊形繪制(lights,cameras,actors)和體繪制以及其它繪制方式就有了一致的訪問接口。 12 繪制窗口和繪制器：可視化具體的數(shù)據(jù)前,必須在計算機屏幕上打開一個繪制窗口。vtkRenderWindow是一個或多個繪制器在其上進行繪制的窗口的抽象基類。直接調用vtkRenderWindow 可以自動生成所在平臺上與設備相關的窗口子類。vtkRenderWindow是vtkRenderer對象的容器對象。多個vtkRenderer對象可以平鋪在一個vtkRenderWindow 中，從而創(chuàng)建復合的可視化系統(tǒng)。13下面例子把兩個繪制器放

10、在一個繪制窗口中。每一個有不同的背景顏色：from vtk import *renWin =vtkRenderWindow()renWin.SetSize( 600, 300)ren1=vtkRenderer()ren1.SetViewport( 0.0, 0.0, 0.5, 1.0)ren1.SetBackground( 0.8, 0.4, 0.2)renWin.AddRenderer( ren1)ren2 =vtkRenderer()ren2.SetViewport( 0.5, 0.0, 1.0, 1.0)ren2.SetBackground( 0.1, 0.2, 0.4)renWin.A

11、ddRenderer( ren2)renWin.Render()運行14 交互器：一般，我們使用鼠標控制場景中的相機位置和方向，以及其它道具。vtkRenderWindowInteractor提供交互功能。iren=vtkRenderWindowInteractor()iren.SetRenderWindow(renWin)iren.Initialize()iren.Start()15 道具, 映射器,和特性道具是被加到繪制器中創(chuàng)建場景的對象。 vtkProp是所有2D和3D道具的抽象基類，包含可見性、方向、大小和位置信息。道具與映射器及特性對象關聯(lián).映射器引用輸入數(shù)據(jù)對象并知道如何繪制該輸入

12、對象.特性對象包含繪制參數(shù)，如顏色和材質等. 16 繪制3D 幾何數(shù)據(jù)vtkActor是在場景中繪制3D幾何數(shù)據(jù)的 vtkProp道具類的子類。演員類對象自動創(chuàng)建缺省的vtkProperty對象,但要求用戶自己創(chuàng)建vtkMapper子類。根據(jù)幾何特性的不同，從vtkDataSetMapper或vtkPolyDataMapper中選擇一個.如果數(shù)據(jù)是用vtkPolyData表示的，包含點,線,和多邊形,則使用 vtkPolyDataMapper，否則使用vtkDataSetMapper。17下例創(chuàng)建一個立方體：cubeData=vtkCubeSource()cubeMapper=vtkPolyD

13、ataMapper()cubeMapper.SetInput(cubeData.GetOutput()cubeActor=vtkActor()cubeActor.SetMapper(cubeMapper)Ren1.AddProp(cubeActor)Ren1.ResetCamera()renWin.Render()運行由于vtkCubeSource對象是多邊形數(shù)據(jù),使用vtkPolyDataMapper繪制數(shù)據(jù)，ResetCamera()把相機對準數(shù)據(jù)18 旋轉與改變顏色：cubeActor.RotateX( 30.0)cubeActor.RotateY( 20.0)cubeActor.Get

14、Property().SetColor( 1.0, 0.7, 0.7)renWin Render使用演員的GetProperty()訪問自動創(chuàng)建的特性對象。 運行ch3cubecolor.py19 3D體數(shù)據(jù)繪制vtkImageData是vtkDataSet的子類，可表示1D、2D和3D圖像數(shù)據(jù)。作為vtkDataSet的子類，vtkImageData可用vtkActor表示，并可用 vtkDataSetMapper進行繪制。在3D下， vtkImageData數(shù)據(jù)被看作體元，相應的，它就可用vtkVolume表示，并用 vtkVolumeMapper的子類繪制.VTK目前支持三種類型的體繪制

15、 光線跟蹤,2D紋理映射,以及VolumePro圖形卡.20下例中，首先讀入一個3D結構數(shù)據(jù)，然后使用vtkVolumeTextureMapper2D繪制：negReader=vtkSLCReader()negReader.Set( “neghip.slc”)negMapper=vtkVolumeTextureMapper2D()negMapper.SetInput(negReader.GetOutput()體繪制最困難的是定義轉換函數(shù)，把標量值轉成顏色和透明度。negOpacityvtkPiecewiseFunction()negOpacity.AddPoint(0 ,0.0)negOpac

16、ity.AddPoint(255, 0.2)negColor=vtkColorTransferFunction()negColor.AddRGBPoint( 64, 1.0, 0.0, 0.0)negColor.AddRGBPoint( 128, 0.0, 0.0, 1.0)negColor.AddRGBPoint( 196, 0.0, 1.0, 0.0)21 創(chuàng)建體元特性和體元道具：negProperty=vtkVolumeProperty()negProperty.SetColor( negColor)negProperty.SetScalarOpacity(negOpacity)negV

17、olume = vtkVolume()negVolume.SetMapper(negMapper)negVolume.SetProperty(negProperty)ren2.AddProp(negVolume)ren2.ResetCamera()renWin.Render() 運行22 幾何與體元的混合：VTK在一個場景中可以混合多個演員和體元進行繪制。下例，多邊形和體元混合在一起。posReader=vtkPolyDataReader()posReader.Set(“poshipsurface.vtk”)posMapper=vtkPolyDataMapper()posMapper.SetI

18、nput(posReader.GetOutput()posActor=vtkActor()posActor.SetMapper( posMapper )ren2.AddProp( posActor )renWin.Render()運行23 2D數(shù)據(jù)繪制除了3D幾何和體元數(shù)據(jù),VTK能夠可視化2D數(shù)據(jù)，如幾何,圖像,和文本。演員,映射器,和特性同樣適用于2D數(shù)據(jù)。下例把2D數(shù)據(jù)和3D數(shù)據(jù)混合繪制。vtkActor2D表示場景中的標題, vtkTextMapper繪制文本數(shù)據(jù), vtkActor2D自動創(chuàng)建vtkProperty2D對象。titleMapper=vtkTextMapper()tit

19、leMapper.SetInput(“This is a Pink Cube ”)titleMapper.GetTextProperty().SetJustificationToCentered()titleActor=vtkActor2D()titleActor.SetMapper( titleMapper)titleActor.GetProperty().SetColor( 1, 1, 0)pc=titleActor.GetPositionCoordinate()pc.SetCoordinateSystemToNormalizedViewport()Pc.SetValue( 0.5, 0.

20、92)ren1.AddProp(titleActor)renWin.Render()運行242D數(shù)據(jù)常用于注記,VTK提供了一些對象，能夠把多個2D 演員和映射器組合成一個2D演員。例如, vtkScalarBarActor 把文本和2D多邊形組合成圖例：scalarBar = vtkScalarBarActor()scalarBar.SetLookupTable( negColor )scalarBar.SetTitle(“Density”)sPC=scalarBar.GetPositionCoordinate()sPC.SetCoordinateSystemToNormalizedView

21、port()sPC.SetValue(0.8, 0.1)ren2.AddProp( scalarBar)renWin.Render()運行25 燈光, 相機VTK應用程序不需要顯式創(chuàng)建vtkLight 或 vtkCamera。如果沒有創(chuàng)建，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建。從繪制器可以修改位置、焦點以及視場等。相機包含一些方法，通過它們可調整位置，旋轉等，如Azimuth(),Elevation(),Roll(),Pitch(),and Yaw()。cam=ren2.GetActiveCamera()cam.Azimuth( 20.0)cam.Elevation( 10.0)renWin.Render()運行2

22、6燈光缺省是白光，位置和焦點缺省情況下和相機一致。下例加入第二個光源，綠色。light = vtkLight()light.SetFocalPoint( 0.0, 0.0, 0.0)light.SetPosition( 1.0, 0.0, 0.0)light.SetColor( 0.0, 1.0, 0.0)light.SetIntensity( 0.5)ren2.AddLight(light)renWin.Render()運行27（2） VTK可視化管道VTK 數(shù)據(jù)處理管道把數(shù)據(jù)變換成可由圖形子系統(tǒng)繪制的形式，或 變換成其它形式，以待管道的后續(xù)處理。例如，讀入離散點,通過三角化創(chuàng)建多邊形，使用

23、面繪制顯示mesh面等構成一個數(shù)據(jù)處理管道。管道，也叫做可視化網(wǎng)絡，通過連接處理對象和數(shù)據(jù)對象構成。數(shù)據(jù)對象提供對數(shù)據(jù)的訪問，處理對象操作數(shù)據(jù)對象。在實現(xiàn)上，連接通過 SetInput()/GetOutput()方法實施:aFilter.SetInput(bFilter.GetOutput()Filters創(chuàng)建與它的輸出類型一致的內(nèi)部數(shù)據(jù)對象。只有輸出與輸入類型匹配的連接能夠成立。上例中，bFilter的輸出類型和aFilter的輸入類型必須一致。類型檢查可在編譯時或運行時進行。28一旦管道構建起來，F(xiàn)ilters則只有在內(nèi)部狀態(tài)改變了或它的輸入數(shù)據(jù)改變了才能重新執(zhí)行。VTK 采用分布式隱含更

24、新方法控制管道的運行。每個對西那個管理一個內(nèi)部時間標記，只有過時的對象才能重新運算。 29 數(shù)據(jù)對象：VTK一般把數(shù)據(jù)表示成場數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集是帶有拓撲和幾何結構的數(shù)據(jù)對象。除了結構，數(shù)據(jù)集還附帶有屬性數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)包括：標量,矢量,張量,法向,紋理坐標,以及場數(shù)據(jù)。30 處理對象：VTK提供了數(shù)百個處理對象。其中多數(shù)只處理一種數(shù)據(jù)類型（如圖像處理對象)。一些處理對象如vtkContourFilter 接受一種類型的數(shù)據(jù)輸入，輸出另一種類型的數(shù)據(jù)。處理對象一般被稱為Filters。VTK把處理對象分為三類：源處理對象, 過濾器,和映射器。源處理對象沒有VTK數(shù)據(jù)輸入,但產(chǎn)生一到多個輸出，如讀入器。

25、過濾器接受一到多個輸入，產(chǎn)生一到多個輸出。映射器是管道的終點, 它或者和圖形系統(tǒng)耦合在一起，或者把數(shù)據(jù)寫到磁盤或另一管道。31例子：讀取數(shù)字化的多邊形數(shù)據(jù), 然后簡化,用Laplacian 光滑減少面噪聲,生成面法線，修飾表面：讀多邊形數(shù)據(jù):Reader=vtkBYUReader()Reader.SetGeometry( “fran.g ”)創(chuàng)建管道，由decimator,smoother,和 normal generator組成。Deci=vtkDecimatePro()Deci.SetInput(reader.GetOutput()Deci.SetTargetReduction( 0.9)

26、Deci.PreserveTopologyOn()Smoother=vtkSmoothPolyDataFilter()Smoother.SetInput(deci.GetOutput()32Normals=vtkPolyDataNormals()Normals.SetInput(smoother.GetOutput()Normals.SetFeatureAngle( 60 )mapper = vtkPolyDataMapper()Mapper.SetInput(normals.GetOutput()fran = vtkActor()Fran.SetMapper(mapper)Fran.GetP

27、roperty().SetColor( 1, 0.49, 0.25)ptMask = vtkMaskPoints()ptMask.SetInput(normals.GetOutput()ptMask.SetOnRatio( 10)ptMask.RandomModeOn()cone = vtkConeSource()Cone.SetResolution( 6)33Transform=vtkTransform()Transform.Translate( 0.5, 0.0, 0.0)transformF =vtkTransformPolyDataFilter()transformF.SetInput

28、(cone.GetOutput()transformF.SetTransform( transform )Glyph.vtkGlyph3D()Glyph.SetInput(ptMask.GetOutput()Glyph.SetSource(transformF.GetOutput()Glyph.SetVectorModeToUseNormal()Glyph.SetScaleModeToScaleByVector()Glyph.SetScaleFactor(0.004)spikeMapper = vtkPolyDataMapper()spikeMapper.SetInput(glyph.GetOutput()spikeActor = vtkActor()spikeActor.SetMapper(spikeMapper)spikeActor.GetProperty().SetColor( 0, .79, .34)34ren3 =vtkRenderer()renWin2=vtkRenderWindow()renWin2.AddRenderer( re