VTK知识学习（20）- 数据的存储与表达

1、数据的存储

1)、vtkDataArray

VTK中的内存分配采用连续内存，可以快速地创建、删除和遍历，称之为数据数组(DataArray)，用类 vtkDataArray 实现。数组数据的访问是基于索引的，从零开始计数。
以 vtkFloatArray 类来说明如何在 VTK 中实现连续内存的数据数组。

如图所示，变量 Aray 是一个指向浮点型数组的指针，数组的长度由变量 Size 指定，由于数组的长度是动态地增加的，所以当存储数据的数组长度超出指定的长度时，会自动触发 ResizeO)操作来调整数组的长度，使数组的长度变成原来的两倍，MaxId是一个整型的偏移量，用来定义最后个被插入的数据的索引。如果没有数据插入，MaxId等于-1，否则，Maxld的值介于0和 Size之间，即0≤MaxId<Size。

连续数组的实现

此外，许多可视化数据是由多个数据分量组成的，如RGB颜色数据由红、绿、蓝三个分量组成，为了在连续数组中表达这一类数据，引入了元组(Tuple)的概念。元组是数据数组的子数组，用于存储数据类型相同的分量数据，图所示的NumberOfComponents，表示的就是数据数组里元组的组分个数。元组的组分个数称为元组的大小，在给定后不会改变，图 所示的数据数组由N个元组组成，每个元组由三个组分组成。

2)、vtkDataArray 及其子类是建立 VTK 数据对象的基础

以 vtkPolyData 为例，该类由几何数据(vtkPoints)、拓扑数据(vtkCellArray)和属性数据(vtkPointData、vtkCellData 和vtkFieldData)组成，而这些数据都是通过数据数组(vkDataArray)的形式存储。

vtkDataArray可以存储标量数据，也可以存储向量数据。

因此使用 vtkDataAray 时需要指定元组的大小。

例如，点、矢量和法向量等属性数据，元组的大小是3，而张量属性数据的元组大小是9(即3x3的矩阵)，标量属性数据对元组的大小则没有任何要求。

对于处理标量属性数据的算法，通常都是只处理标量每一个元组数据的第一个组分。

VTK提供了将多组分的数据数组分离成单一组分的数据数组的类 vtkSplitField，以及将单一组分的数据数组合并成多组分的数据数组的类vtkMergeFields.

3）、示例

 private void  UseDataArray(){vtkFloatArray array = vtkFloatArray.New();array.SetNumberOfComponents(1);array.SetNumberOfTuples(10);array.SetComponent(5, 0, 10.0);array.SetTuple1(6, 9.0);double b = array.GetComponent(5, 0);Console.WriteLine(" array.GetComponent:" + b);}

示意如何创建固定长度的数据数组，首先是设置元组的组分个数为1以及总的元组个数为10。、方法SetComponent()和 GetComponent()分别用于设置及获取元组的值。
SetComponent(vtkIdType i, int j,double c):指定第i个元组的第j个组分的值为c。
GetComponet(vtkIdType i,intj):获取第i个元组的第j个组分的值，由函数返回值返回。

除了可以创建固定长度的数据数组，vtkDataArray也提供了动态创建数据数组的方法，代码如下所示:

  vtkFloatArray array2 = vtkFloatArray.New();array2.SetNumberOfComponents(1);array2.InsertNextTuple1(5);array2.InsertNextTuple1(10);double bb = array2.GetComponent(1, 0);Console.WriteLine(" array.GetComponent:" + bb);

代码首先设置每个元组的组分个数为1,方法InsertNextTuple1()用于插入一个单组分的元组，连续调用两次即为插入两个元组，其值分别为5和10，类似的方法还有
InsertNextTuple2(),InsertNextTuple3(),InsertNextTuple4(),InsertNextTuple9()等。

4）、各种数据类型

可视化数据有各种各样的类型，如简单的浮点型、整型、字节型和双精度型等，复杂的特征字符串和多维标识符等。既然有这么多种数据类型，那么数据数组是如何操作和表达这些数据的呢?

VTK通过抽象数据对象(AbstractData Obiect)提供运行时解决方案以及使用C++编译时动态绑定的方法来解决这个问题。如图 3-15 所示，vtkDataAray 是一个抽象基类,其子类实现特定类型的数据数组及相关操作。

数据数组对象

 2、数据对象的表达

VTK 里的数据对象是作为vtkDataArray的数组(即数据数组的数组)实现的。vtkDataObiect 是一种通用的可视化数据的表达，可视化算法基本都没有直接处理vtkDataObject 类型的数据，在处理某一类数据时，一般都要求数据内部具有某种组织结构。vtkDataObject 内部封装了与可视化管线的执行相关的变量和方法，包括表达数据。在vtkDataObiect 内部有一个 vtkFieldData(场数据)的实例，负责对数据的表达。如图A所示，场数据可以看作数据数组的数组，数组里的每一个元素都是一个数组，数组的类型、长度、元组的大小和名称等都可以各不相同。

图A    vtkDataObject数据对象的表达

图 B是类 vtkFieldData的继承图，从类的名字能够推断出，vtkFieldData 存储的数据是与数据对象的属性数据相关的。以vtkPolyData为例，vtkPolyData内部存储了三种类型的数据，分别是 vtkPointData、vtkCellData和 vtkFieldData。vtkPointData 是与每一个点相关联的数据，如某点上的温度值;vtkCellData是与每一个单元相关联的数据，如某个三角形单元的面积:除点和单元数据以外的数据，应该使用vtkFieldData，如 vtkPolyData 模型的质心等。

图B  vtkFieldData类的继承图

 3、小结

vtkDataArray 采用连续内存，可以快速地创建、删除和遍历。
 vtkDataObject是一种通用的可视化数据的表达，可视化算法基本都没有直接处理这个类型的数据，在处理某一类数据时，一般都要求数据内部具有某种组织结构。
         内部封装了与可视化管线的执行相关的变量和方法，包括表达数据。。
         内部有一个vtkFieldData（场数据）的实例，负责对数据的表达。
                      场数据可以看作数据数组的数组，数组里的每一个元素都是一个数组，数组的类型、长度、元组的大小和名称等都可以各不相同。