第05章 14 绘制人脸部的PolyData并使用小圆锥体来展现法线

在VTK中，绘制人脸部的PolyData并使用小圆锥体来展现法线是一个常见的任务。这个过程可以通过以下步骤实现：

1. 读取人脸部的PolyData：可以使用VTK的读取模块读取一个包含人脸部的.vtk或.obj文件。
2. 计算法线：使用VTK的vtkPolyDataNormals类为每个面片（face）或顶点（vertex）计算法线。
3. 创建小圆锥体：使用vtkConeSource创建小圆锥体。
4. 生成法线的可视化：使用vtkGlyph3D将小圆锥体与法线关联，并在每个顶点绘制一个圆锥体，方向与法线一致。

下面是一个完整的C++/VTK示例代码，演示如何实现这一过程：

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示例代码

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkPolyDataReader.h>
#include <vtkPolyDataNormals.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkConeSource.h>
#include <vtkGlyph3D.h>
#include <vtkNamedColors.h>int main(int argc, char *argv[])
{// 检查输入文件if (argc < 2){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " <FacePolyDataFile>" << std::endl;return EXIT_FAILURE;}// 读取人脸部的PolyData文件vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader> reader = vtkSmartPointer<vtkPolyDataReader>::New();reader->SetFileName(argv[1]);reader->Update();vtkSmartPointer<vtkPolyData> polyData = reader->GetOutput();// 计算法线vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals> normals = vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals>::New();normals->SetInputData(polyData);normals->ComputePointNormalsOn(); // 计算顶点法线normals->SplittingOff();         // 不分割面片normals->Update();// 获取法线vtkSmartPointer<vtkPolyData> polyDataWithNormals = normals->GetOutput();// 创建小圆锥体源vtkSmartPointer<vtkConeSource> coneSource = vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();coneSource->SetHeight(0.05); // 圆锥体高度coneSource->SetRadius(0.02); // 圆锥体底部半径coneSource->SetResolution(20); // 圆锥体的分辨率coneSource->Update();// 使用Glyph3D将圆锥体与法线关联vtkSmartPointer<vtkGlyph3D> glyph3D = vtkSmartPointer<vtkGlyph3D>::New();glyph3D->SetInputData(polyDataWithNormals);glyph3D->SetSourceConnection(coneSource->GetOutputPort());glyph3D->SetVectorModeToUseNormal(); // 使用法线作为方向glyph3D->SetScaleFactor(0.5);        // 设置圆锥体的大小glyph3D->Update();// 创建映射器vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();mapper->SetInputConnection(glyph3D->GetOutputPort());// 创建演员vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();actor->SetMapper(mapper);// 创建渲染器、渲染窗口和交互器vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();renderWindow->AddRenderer(renderer);vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();interactor->SetRenderWindow(renderWindow);// 添加演员到渲染器renderer->AddActor(actor);renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.4); // 设置背景颜色// 渲染和启动交互renderWindow->Render();interactor->Start();return EXIT_SUCCESS;
}

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代码说明

1. 读取人脸部的PolyData：

   • 使用vtkPolyDataReader读取一个包含人脸部的PolyData文件（例如.vtk或.obj格式）。

2. 计算法线：

   • 使用vtkPolyDataNormals计算顶点法线，并通过ComputePointNormalsOn()开启顶点法线计算。

3. 创建小圆锥体：

   • 使用vtkConeSource创建一个小圆锥体，设置高度（Height）和底部半径（Radius），并设置分辨率（Resolution）。

4. 使用Glyph3D生成法线可视化：

   • 使用vtkGlyph3D将小圆锥体与法线关联，设置SetVectorModeToUseNormal()以使用法线方向，并通过SetScaleFactor()调整圆锥体的大小。

5. 创建映射器和演员：

   • 使用vtkPolyDataMapper将生成的数据映射到演员，并将演员添加到渲染器中。

6. 渲染和交互：

   • 创建渲染窗口和交互器，并启动渲染循环。

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示例输入和输出

输入

• 一个包含人脸部的.vtk或.obj文件。例如，你可以使用一个简单的OBJ文件或VTK文件，其中包含一个人脸的网格数据。

输出

• 一个窗口，显示人脸部的网格，并在每个顶点绘制一个小圆锥体，圆锥体的方向与该顶点的法线方向一致。

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运行示例

编译并运行此代码时，需要提供一个人脸的PolyData文件作为输入。例如：

./FaceNormalsVisualization face.vtk

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注意事项

1. 文件格式：确保输入文件是VTK支持的格式（例如.vtk或.obj）。
2. 圆锥体大小：可以通过调整SetScaleFactor()的值来控制圆锥体的大小。
3. 法线计算：如果法线方向不正确，可以尝试调整vtkPolyDataNormals的参数，例如反转法线方向。