MarchingCubes 网格数据体素化并提取等值面

一：主要的知识点

1、说明

本文只是教程内容的一小段，因博客字数限制，故进行拆分。主教程链接：vtk教程——逐行解析官网所有Python示例-CSDN博客

2、知识点纪要

本段代码主要涉及的有①MarchingCubes提取等值面的机理，②多边形体素化

二：代码及注释

import vtkmodules.vtkRenderingOpenGL2 from vtkmodules.vtkCommonColor import vtkNamedColors from vtkmodules.vtkCommonDataModel import vtkImageData from vtkmodules.vtkFiltersCore import vtkFlyingEdges3D, vtkMarchingCubes from vtkmodules.vtkFiltersSources import vtkSphereSource from vtkmodules.vtkImagingHybrid import vtkVoxelModeller from vtkmodules.vtkRenderingCore import ( vtkActor, vtkPolyDataMapper, vtkRenderWindow, vtkRenderWindowInteractor, vtkRenderer ) if __name__ == '__main__': colors = vtkNamedColors() iso_value = 50 volume = vtkImageData() sphere_source = vtkSphereSource() sphere_source.SetPhiResolution(20) sphere_source.SetThetaResolution(20) sphere_source.Update() bounds = list(sphere_source.GetOutput().GetBounds()) """ 根据现有包围盒，将包围盒大小进行扩大 """ for i in range(0, 6, 2): dist = bounds[i + 1] - bounds[i] bounds[i] = bounds[i] - 0.1 * dist bounds[i + 1] = bounds[i + 1] + 0.1 * dist """ vtkVoxelModeller 将任意几何对象（如多边形数据）转换为体素化的三维体积数据 通过计算每个体素点到几何表面的距离场来生成体数据 """ voxel_modeller = vtkVoxelModeller() voxel_modeller.SetInputConnection(sphere_source.GetOutputPort()) voxel_modeller.SetModelBounds(bounds) voxel_modeller.SetSampleDimensions(50, 50, 50) voxel_modeller.SetScalarTypeToFloat() """ SetMaximumDistance 设定体素化过程中距离场的渐变范围的厚度 渐变范围的厚度的意思： 体素化的两种思路： 1)二值化（Binary）模式 每个体素（voxel）的值要么是 1（在几何体内），要么是 0（在几何体外）表面就是 内外的分界线 2) 带渐变的距离场（Signed Distance Field, SDF） 每个体素的值表示 到几何表面的距离，通常内部为负，外部为正 在表面附近的一个“带状区域”里，值会平滑过渡，而不是硬切换 vtkVoxelModeller.SetMaximumDistance(d) 控制的就是这个带状区域的厚度 d 例子： 假设我们有一个球，半径 = 10，SetMaximumDistance(0.5)： 在表面上：值 ≈ 0.5 （归一化后 ≈ 0.5）。 表面以内 0.5 个体素厚度的区域：值逐渐减小到 0。 表面以外 0.5 个体素厚度的区域：值逐渐增大到 1。 超过 0.5 的距离后，值就被**截断（clamp）**了，不再渐变，而是固定为 0（内部）或 1（外部）。 这样就形成了一个 宽度 = 1.0（内外各 0.5） 的渐变区域 """ voxel_modeller.SetMaximumDistance(0.1) voxel_modeller.Update() volume.DeepCopy(voxel_modeller.GetOutput()) """ 当你用 vtkFlyingEdges3D（或 vtkMarchingCubes）提取等值面时 0.5 恰好是“几何表面”的位置 < 0.5 是物体内部，> 0.5 是外部 所以 iso_value = 0.5 表示提取出原始几何体的近似表面 """ iso_value = 0.5 surface = vtkFlyingEdges3D() surface.SetInputData(volume) surface.ComputeNormalsOn() surface.SetValue(0, iso_value) """ iso_value 和SetMaximumDistance中的数字的关系 MaximumDistance 控制“场的模糊范围”，相当于“球体表面周围的缓冲区厚度”； iso_value = 0.5 则是一个固定的“分界线”，永远对应原始几何表面的位置。 换句话说： MaximumDistance 决定场数据是如何从“表面”向外/向内过渡； 但你提取几何时，仍然要用 0.5 来还原表面。 前者控制场的平滑/模糊厚度 后者是标准化后的等值阈值，固定用 0.5 才能提取原始几何表面 """ renderer = vtkRenderer() renderer.SetBackground(colors.GetColor3d('DarkSlateGray')) render_window = vtkRenderWindow() render_window.AddRenderer(renderer) render_window.SetWindowName('MarchingCubes') interactor = vtkRenderWindowInteractor() interactor.SetRenderWindow(render_window) mapper = vtkPolyDataMapper() mapper.SetInputConnection(surface.GetOutputPort()) mapper.ScalarVisibilityOff() actor = vtkActor() actor.SetMapper(mapper) actor.GetProperty().SetColor(colors.GetColor3d('MistyRose')) renderer.AddActor(actor) render_window.Render() interactor.Start()