VTK_Learning_图形基本操作进阶_多分辨率策略（模型抽取的三种方法）

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-07-11 15:07 2阅读 0赞

# 1.多分辨率处理策略 #

> 模型抽取（Decimation）和细化（Subdivision）是两个相反的操作，是三角形网格模型多分辨处理中的两个重要操作。使用这两个操作可以在保持模型拓扑结构的同时，得到不同分辨率的网格模型。模型抽取的作用是减少模型中的点数据和单元数据，便于模型的后续处理与交互渲染，这类似于图像数据的降采样。而网格细化则是利用一定的细化规则，在给定的初始网格中插入新的点，从而不断细化出新的网格单元，在极限细化情况下，该网格能够收敛一个光华的曲面。

#    2.网格抽取（Decimation） #

> ## 2.1 vtkDecimatePro ##
> 
> VTK中主要有三种网格抽取类：vtkDecimatePro、vtkQuadricDecimation、vtkQuadricClustering。  
> vtkDecimatePro是最常用的，该处理方法的原理参考文献\[1\]，是用一种边塌陷的方法来删除点和单元，处理速度比较快，而且可以方便的控制网格抽取的幅度，得到不同级别的模型数据。  
> 该类的使用方法，如下：  
>  
> 
>     vtkSmartPoint<vtkDecimatePro> decimate = vtkSmartPointer<vtkDecimatePro>::New();
>     decimate->SetInput(input);
>     decimate->SetTargetReduction(0.6);
>     decimate->update();
> 
> vtkDecimatePro接收一个单元为三角网格的vtkPolyData数据，其中函数SetTargetReduction()用于设置变量TargetReduction的大小，将网格面片抽取的比例控制在0~1.这里设置为0.6，说明有60%的三角面片单元将被移除。使用这个函数可以得到不同程度的简化网格模型，不过，为确保函数效果，一般需要满足下面四个条件：
> 
>  *  vtkDecimatePro需要支持模型拓扑的改变，即将PreserveTopology变量的值设置为FALSE。
>  *  支持网格分裂，即Splitting变量的值设置为TRUE。
>  *  支持修改模型的边界，即将变量BoundaryVetexDeletion的值设置为TRUE。
>  *  设置最大误差变量MaximumError的值为VTK\_DOUBLE\_MAX。
> 
> 在满足这四个条件情况下，可以得到不同简化程度的模型。如果上面四个条件不满足，最终得到的模型简化率并非所期望的简化率。
> 
> ## 2.2 vtkQuadricDecimation ##
> 
>   
> 该类也可以实现三角形网格简化，并能较好地逼近原模型。该简化算法思想可以参考文献\[2\]。该类虽然也提供了SetTargetReduction()函数用于设置模型简化程度，但是最终简化率并非严格等于程序中设置的简化率。可以通过GetActualReduction()函数来获取最终模型简化率。
> 
> ## 2.3 vtkQuadricClustering ##
> 
>   
> 该类是三种实现模型抽取算法中最快的一种，能够处理大数据模型。其算法思想可以参考文献\[3\]。通过StartAppend()、Append()、EndAppend()函数可以将整个模型分为多个网格片处理，从而避免一次性处理整个模型，减少内存开支，提高处理效率。  
>

# 3.vtkDecimatePro用于模型抽取实验  #

作为结果观测实验，这里仅仅使用vtkDecimatePro类实现模型抽取。

示例代码如下：

#include <vtkAutoInit.h>
    VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL);
    VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
    VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);
     
    #include <vtkSmartPointer.h>
    #include <vtkPolyDataReader.h>
    #include <vtkDecimatePro.h>
    #include <vtkPolyDataMapper.h>
    #include <vtkActor.h>
    #include <vtkRenderer.h>
    #include <vtkCamera.h>
    #include <vtkRenderWindow.h>
    #include <vtkRenderWindowInteractor.h>
     
    int main()
    {
    	vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader> reader =
    		vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader>::New();
    	reader->SetFileName("fran_cut.vtk");
    	reader->Update();
     
    	vtkSmartPointer<vtkPolyData> original = reader->GetOutput();
    	std::cout << "抽取前"<< "-----------------------" << std::endl;
    	std::cout << "模型点数为： " << original->GetNumberOfPoints() << std::endl;
    	std::cout << "模型面数为： " << original->GetNumberOfPolys() << std::endl;
     
    	vtkSmartPointer<vtkDecimatePro> decimation =
    		vtkSmartPointer<vtkDecimatePro>::New();
    	decimation->SetInputData(reader->GetOutput());
    	decimation->SetTargetReduction(0.6);
    	decimation->Update();
     
    	vtkSmartPointer<vtkPolyData> decimated = decimation->GetOutput();
    	std::cout << "抽取后"<< "-----------------------" << std::endl;
    	std::cout << "模型点数为：" << decimated->GetNumberOfPoints() << std::endl;
    	std::cout << "模型面数为：" << decimated->GetNumberOfPolys() << std::endl;
    	/
    	vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> origMapper =
    		vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    	origMapper->SetInputData(reader->GetOutput());
    	vtkSmartPointer<vtkActor> origActor =
    		vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    	origActor->SetMapper(origMapper);
     
    	vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> deciMapper =
    		vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    	deciMapper->SetInputData(decimation->GetOutput());
    	vtkSmartPointer<vtkActor> deciActor =
    		vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    	deciActor->SetMapper(deciMapper);
    	///
    	double leftViewport[4] = { 0.0, 0.0, 0.5, 1.0 };
    	double rightViewport[4] = { 0.5, 0.0, 1.0, 1.0 };
     
    	vtkSmartPointer<vtkRenderer> leftRenderer =
    		vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    	leftRenderer->SetViewport(leftViewport);
    	leftRenderer->AddActor(origActor);
    	leftRenderer->SetBackground(1.0, 0, 0);
     
    	vtkSmartPointer<vtkRenderer> rightRenderer =
    		vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    	rightRenderer->SetViewport(rightViewport);
    	rightRenderer->AddActor(deciActor);
    	rightRenderer->SetBackground(0, 0, 0);
     
    	leftRenderer->GetActiveCamera()->SetPosition(0, -1, 0);
    	leftRenderer->GetActiveCamera()->SetFocalPoint(0, 0, 0);
    	leftRenderer->GetActiveCamera()->SetViewUp(0, 0, 1);
    	leftRenderer->GetActiveCamera()->Azimuth(30);
    	leftRenderer->GetActiveCamera()->Elevation(30);
    	leftRenderer->ResetCamera();//刷新照相机
    	rightRenderer->SetActiveCamera(leftRenderer->GetActiveCamera());//同步显示
    	///
    	vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw =
    		vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    	rw->AddRenderer(leftRenderer);
    	rw->AddRenderer(rightRenderer);
    	rw->SetSize(640, 320);
    	rw->SetWindowName("PolyData Decimation");
     
    	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =
    		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    	rwi->SetRenderWindow(rw);
    	rwi->Start();
     
    	return 0;
    }

输出结果如下图所示：

![20170204111035124][]

左图为原始图像，右图为简化后的效果，从图总可以看出，简化后的模型面片数量减少，模型变得非常粗糙。

[20170204111035124]: https://img-blog.csdn.net/20170204111035124