VTK培训教程.docx
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VTK培训教程
VTK（VisualizationToolkit）安装和配置
没有找到vc6.0或vc8.0下的安装版，若是用vc7.0话有现成的安装版本，只能自己动手编译了一下
安装版的配置环境（VC6,Windows）
1. 必须要下载的东西，VC6已经装好为前提：
vtk-5.0.4-win32.exe安装程序xvtk.org的Download
vtk-5.0.4.zip源程序
vtkdata-5.0.4.zip数据
2. 安装vtk-5.0.4-win32.exe在D:
\ProgramFiles\VTK5.0,解压vtk-5.0.4.zip到D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtk-5.0.4,vtkdata-5.0.4.zip到D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtkdata-5.0.4
3. 用cmake编译到D:
\ProgramFiles\VTK5.0\bin下，（这一步花了我不少时间，每次cmake编译到一定量就死掉，不知道什么原因，编译了不下10次终于成功）
4. 参数设置，几个关键参数要注意；
vtk_use_guisupport，打开它，才能选vtk_use_mfc，再configure；
vtk_data_root:
目的是告诉cmake，vtk需要的数据都在哪里，我们的数据在D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtkdata-5.0.4
build_examples:
就是询问是否编译vtk中的例子，我第一次的时候选上了，结果编译了2个小时的例子还没编译完，所以我后来选了off。
build_shared_libs:
如果设置为off，就只会生成lib文件，用于开发肯定是够了。
如果设置为on，将会多生成dll文件，这些dll需要拷到windows/system目录下。
。
建议选On,
5. cmake中选ok，在bin文件下，编译dsw文件就行，我大概花6分钟。
6. 测试：
这时新建一个project,win32consoleapplication,anemptyproject,生成后给sourcefiles加一个test.cpp，把下面的代码放进去。
#include"vtkConeSource.h"
#include"vtkPolyDataMapper.h"
#include"vtkRenderWindow.h"
#include"vtkCamera.h"
#include"vtkActor.h"
#include"vtkRenderer.h"
#include"vtkProperty.h"
intmain（）
{
vtkConeSource*cone=vtkConeSource:
:
New（）;
cone->SetHeight（3.0）;
cone->SetRadius（1.0）;
cone->SetResolution（10）;
vtkPolyDataMapper*coneMapper=vtkPolyDataMapper:
:
New（）;
coneMapper->SetInputConnection（cone->GetOutputPort（））;
vtkActor*coneActor=vtkActor:
:
New（）;
coneActor->SetMapper（coneMapper）;
vtkRenderer*ren1=vtkRenderer:
:
New（）;
ren1->AddActor（coneActor）;
ren1->SetBackground（0.1,0.2,0.4）;
vtkRenderWindow*renWin=vtkRenderWindow:
:
New（）;
renWin->AddRenderer（ren1）;
renWin->SetSize（300,300）;
inti;
for（i=0;i<360;++i）
{
renWin->Render（）;
ren1->GetActiveCamera（）->Azimuth（i）;
}
cone->Delete（）;
coneMapper->Delete（）;
coneActor->Delete（）;
ren1->Delete（）;
renWin->Delete（）;
return0;
}
环境路径设置，这个比较重要：
1）.修改Projectsetting->C/C++->Category->Preprocessor->Additionalincludedirectories:
D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtk-5.0.4\Graphics,D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtk-5.0.4\Filtering,D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtk-5.0.4\Common,D:
\ProgramFiles\VTK5.0\bin,D:
\ProgramFiles\VTK5.0\vtk-5.0.4\Rendering
2）.修改Projectsetting->Link->Input->Object/librarymodules:
opengl32.libkernel32.libuser32.libgdi32.libwinspool.libcomdlg32.libadvapi32.libshell32.libole32.liboleaut32.libuuid.libodbc32.libvtkCommon.libvtkDICOMParser.libvtkexoIIc.libvtkexpat.libvtkFiltering.libvtkfreetype.libvtkftgl.libvtkGenericFiltering.libvtkGraphics.libvtkHybrid.libvtkImaging.libvtkIO.libvtkjpeg.lib vtkNetCDF.libvtkpng.libvtkRendering.libvtksys.libvtktiff.libvtkVolumeRendering.libvtkWidgets.libvtkzlib.lib
3）Projectsetting>Link->Category:
Input->Additionallibrarypath：
D:
\ProgramFiles\VTK5.0\bin\bin\Debug
VTK编程简介（转载）
0如何利用文档
VTK是由WillSchroeder等创立的KitwareInc.的开放源码产品。
Kitware提供关于VTK的技术支持和各种服务产品，包括教科书和用户指南：
TheVisualizationToolkitAnObject-OrientedApproachTo3DGraphics,3rdedition和TheVisualizationToolkitUser'sGuide。
两本书的内容各有侧重，教科书主要介绍可视化的各种算法以及VTK中的数据结构，而用户指南强调软件的使用方法。
可以根据使用过程中遇到的不同问题参考两本书中的相应章节。
编程中对具体的类、函数等的使用可以参考电子版的手册。
编程中遇到的问题，可以在VTK的maillist上提出，一般都会有解答。
1编译VTK库
1.1准备源代码
从xxvtk.org/下载源代码。
源代码按成熟度依次分为官方发行版、每日打包版和CVS开发版，其中官方发行版最稳定，CVS开发版最新。
一般应用使用官方发行版即可。
1.2用CMake产生具体平台下的工程文件
VTK是用C++语言开发的平台无关的图形库。
为了使相互关联的VTK库代码能在不同平台（如Windows和Unix）和不同编译器（如VisualStudio6.0和Borland）下方便使用，Kitware开发了CMake这一转换工具。
比如使用CMake，可以为Windows平台下的VisualStudio6.0产生相应的工程文件（.dsp或.dsw文件），此后就可以在VisualStudio的集成开发环境（IDE）下进行编译连接了。
CMake提供一个用户界面，用户可以定制某些变量，其中比较重要的是BUILD_SHARED_LIBS，根据它的选择可以生成VTK的静态库或者动态链接库。
如果编译成静态库，那么在开发应用程序时要将相应库代码加入可执行程序；如果是动态库，则可执行程序与动态链接库是分离的。
用动态库的好处是可以减小主程序的体积，缺点是可执行程序不能独立运行。
不过在有些情况下，因为某些专利算法在商业用途里只能授权使用，所以VTK提供的部分代码只能以动态链接库的方式使用，所以应该熟悉编译动态链接库的方法。
其他较常见的重要变量有VTK_USE_PATENTED、VTK_USE_HYBRID等，编译时使它们打开开关，就可以编译出相应的库以便日后使用了。
图1
1.3编译库
以下以Windows平台下的VisualStudio6.0编译环境为例来说明使用方法，不再声明。
打开用CMake产生的.dsw文件，选择工程类型进行编译。
工程类型主要分两类：
Release和Debug，开发过程中一般用Debug，到发行时再用Release，所以在此用Debug即可。
编译整个工程产生全部库，这个过程所需时间很长。
编译完成后，会在CMake里面指定的目标目录内（如vtkbin）产生编译出的库文件（缺省在vtkbin/bin/Debug目录内）。
2在VisualStudio6.0开发环境下使用VTK库
VTK库编译好了以后，就可以在VisualStudio开发环境下使用VTK库了。
使用VTK库首先要设置头文件和库文件的路径，以便使用VTK库的程序在编译和链接的时候可以搜索到。
头文件的位置即源代码的各个子目录，里面包含了大量的.h文件。
将其路径加入到VisualStudio6.0的Tools->Options->Directories内，如图2。
注意除了源码的各个子目录外，还要加上一个vtkConfigure.h文件的路径，它在CMake产生的目标目录内。
库文件的设置与此类似，也在Directories页面进行，其路径是前述编译产生库文件的目录（如vtkbin/bin/Debug）。
这样设置好路径以后，使用VTK库的程序就可以正确地编译和链接了。
对于使用动态链接库的程序来说，此时还不能运行编译出来的可执行程序（.exe），还需要一步，即把VTK的动态链接库文件所在路径加入操作系统的环境变量PATH，或直接将这些库文件拷贝到系统目录。
图2
3VTK库编程特点
VTK库是用面向对象的C++语言写成的，由于主要开发者有着十数年涉及可视化系统的经验，所以VTK拥有非常合理的模型和结构。
VTK的编程风格在教科书的附录A，包括命名规范、术语定义、各类对象的用途说明等。
值得注意的，比如它的对象工厂（ObjectFactory）概念。
在VTK里，是用:
:
New（）的方式来初始化对象的，而不是用C++中的new来新建对象，对象工厂不仅可以做到代码与设备无关，而且通过引用计数（referencecounting），可以使程序清晰简明，不容易发生内存泄漏或崩溃的问题。
VTK中实现了数百个类及其方法，它们之间简化的继承和关联关系可以从教科书附录A.3的图中看到。
熟悉不同的类的用途和它们之间的关系，对编程十分有利。
对开发者来说，如何扩充这个类库是重要的，教科书的附录A.4介绍了这个问题，而用户指南的开发者指南部分有一章来讲具体的做法。
4通过例子学习VTK概念及编程
要用VTK库进行可视化编程首先要对可视化要有一定的概念和基础。
除了普通的可视化教科书以外，VTK提供的教科书本身就非常好。
VTK源程序包的Example目录包括了一系列例子，它们都有详尽的注释。
一步步学习这些例子，可以很容易理解VTK涉及的可视化概念和VTK编程的一般特点。
学习这些例子首先要成功编译运行它们。
这个步骤跟编译库类似，也需要先用CMake工具生成VisualStudio的工程文件，然后编译；而要保证程序能正确运行，还得保证VTK库文件在环境变量的PATH内。
初学者应该从Tutorial目录内的Stepx例子入手，它们从最简单的VTK程序开始，一步步地增加概念，演示了各种可视化概念。
注意例子里的注释，以第一个程序（Step1的Cone程序）为例，看一下源程序：
源程序：
Example/Tutorial/Step1/Cxx/Cone.cxx
//
//Thisexamplecreatesapolygonalmodelofacone,andthenrendersitto
//thescreen.Itwillrotatethecone360degreesandthenexit.Thebasic
//setupofsource->mapper->actor->renderer->renderwindowis
//typicalofmostVTKprograms.
//
//FirstincludetherequiredheaderfilesfortheVTKclassesweareusing.
#include"vtkConeSource.h"
#include"vtkPolyDataMapper.h"
#include"vtkRenderWindow.h"
#include"vtkCamera.h"
#include"vtkActor.h"
intmain（intargc,char*argv[]）
{
//
//NextwecreateaninstanceofvtkConeSourceandsetsomeofits
//properties.TheinstanceofvtkConeSource"cone"ispartofa
//visualizationpipeline（itisasourceprocessobject）;itproducesdata
//（outputtypeisvtkPolyData）whichotherfiltersmayprocess.
//
vtkConeSource*cone=vtkConeSource:
:
New（）;
cone->SetHeight（3.0）;
cone->SetRadius（1.0）;
cone->SetResolution（10）;
//
//Inthisexampleweterminatethepipelinewithamapperprocessobject.
//（IntermediatefilterssuchasvtkShrinkPolyDatacouldbeinsertedin
//betweenthesourceandthemapper.） Wecreateaninstanceof
//vtkPolyDataMappertomapthepolygonaldataintographicsprimitives.We
//connecttheoutputoftheconesouecetotheinputofthismapper.
//
vtkPolyDataMapper*coneMapper=vtkPolyDataMapper:
:
New（）;
coneMapper->SetInput（cone->GetOutput（））;
程序段1
这个简单的例子是一个控制台下的程序，创建一个棱锥，在屏幕上绘制，旋转360度后退出。
程序虽简单，但已经包括了数据源、映射器、演员、绘制器、绘制窗口等概念，这些概念在VTK编程中几乎都是必然涉及的。
通过这个例子，就可以对教科书里讲到的各种可视化概念（如相机、演员），编程模型（如管道）等有直观的了解了。
这里仅举这个最简单的例子，事实上，VTK自带的例子循序渐进，从简单的概念，到各种复杂的概念、算法和数据结构、GUI编程、直到具体的应用等，都做了很好的例证。
结合教科书和例子，可以较快地理解VTK的各个方面。
比如说，如果要用VTK在Win32环境下编程，应该学习Example/GUI/Win32下的例程，如果要用MFC框架，那么可以参考其中的vtkMFC例程。
体会VTK库和Win32的关系、和MFC框架的关系，以便在这些平台上开发自己的程序。
这需要对VTK和操作系统、编程环境本身有比较深入的了解，而这种了解对自行开发程序是十分必要的。
5用VTK进行CT片三维重构
VTK作为一种通用的可视化类库，在科学和工程界有着广泛的应用。
其中一种重要而常见的应用就是在医学领域，比如著名的“可视化人”项目，就有VTK的应用。
实际上，VTK在医学方面的应用是是VTK比较强调的，在它提供的例程应用中，就有专门的医学目录。
学习它们，并应用于我们的项目中，是一条合适的途径。
比如，如果要做一个3D的医学影像系统，其中重要的一个环节就是三维重构，这也是在全膝置换手术中需要的。
所以，用VTK进行CT片的三维重构，就是一个合适的应用的例子。
利用VTK做CT片的三维重构，从算法和数据结构来看，就是一个读取数据问题和一个图形显示问题。
对于我们手里的CT片，因为它们符合DICOM3.0标准，所以对它们的读取还是相对容易的。
VTK已经实现了这类数据的读取，vtkImageSource类的很多子类都可以完成这种工作，如vtkImageReader类或者vtkVolumeReader等。
这样我们编程的时候只要指定必须的参数，就可以实现对单张CT片乃至CT片序列的读取了。
根据VTK的数据管道，原始数据读取入了以后，就可以使用各种各种过滤器进行数据转换，在这个例子里，即进行表面抽取、影射，然后就可以绘制了。
因为是三维重建，所以还应该加入交互器，以便可以在绘制窗口里进行交互。
关于重建算法，对于CT片这种三维规则数据场，可以采取成熟、基本的算法来进行三维重建，比如MarchingCubes算法。
我们使用VisualStudio6.0开发平台来完成上述的工作，使对CT片的读取、重建及显示、交互等功能融合到MFC的框架中，以便提供一个方便的用户接口。
具体的程序另件给出，各部分的功能可以参考注释。
[参考文献]
1.TheVisualizationToolkitAnObject-OrientedApproachTo3DGraphics,3rdedition
2.TheVisualizationToolkitUser'sGuide
3.VTK源码：
xxvtk.org/get-software.php
4.VTK电子文档：
xxvtk.org/get-software.php
5.VTK邮件列表：
xpublic.kitwarex/mailman/listinfo/vtkusers
6.xdigitalne.nju.edux/new/course/vtk/index.htm
VTK数据类型
分为两种：
vtk是基于C++的库，自然是面向对象的库了~对象类型有两种
图形模型对象（theGraphicsModels）
可视化模型对象（theVisualizationModels）
整个图形模型主要分为九类对象:
（1）渲染控制器:
定义与设备无关的坐标计算方法,创建绘制窗口；
（2）渲染窗口（RenderWindow）:
其基类为vtkRenderWindow,管理显示设备上的窗口,一个或多个绘制方法可在渲染窗口上创建一个场景。
渲染窗口是用户图形界面,其中包括了设置渲染窗口的大小,产生立体显示效果等的方法,一共控制控制两个缓存；
（3）渲染器（Renderer）:
基类为vtkRenderer,作用是管理光源、照相机和绘制对象等的位置、属性等;提供世界坐标系,观察坐标系及显示坐标系之间的转换。
建立好一个Renderer后将其加入RenderWindow中即可将场景显示出来；
（4）灯光（Light）:
VTK中的实现类为vtkLight,
（5）照相机（Camera）:
VTK实现类为vtkCamera,
（6）角色（Actor）:
vtkActor代表渲染场景中的绘制对象实体,通过参数的调节可以设置角色的位置方向,渲染特性（Property）,引用（renference）,纹理影射（Texture）等属性,并可对Actor进行放缩。
角色的改变是通过一个4*4的变换矩阵实现的；
（7）属性（Property）:
实现类为vtkProperty。
要使三维物体具有真实感,必须说明几何物体的一些特性,例如光照特性（泛光,漫反射,镜面反射,边缘颜色）,反射强度,物体的灰度,物体的绘制样式（点,线框,表面）,着色模式（flat,Gouraud,Phong）等；VTK中正是通过属性模型来对其进行说明的；
（8）映射（Mapper）:
vtkMapper指定了渲染数据和图形库中基本图元之间的联系。
VtkMapper的一些派生
类通过LookupTable映射数据并控制图形库中相应Actor图元的生成。
一个或多个Act or可以使用相同的Mapper。
Mapper有多个参数对其进行控制,如ScalarVisibility标志可以设置scala
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