《數(shù)據(jù)可視化技術》課件-第6章 可視化建模技術

第6章可視化建模技術學習目標

學習如何對客觀事物以及數(shù)據(jù)關系進行幾何圖像的建模，實現(xiàn)更為廣泛的數(shù)據(jù)可視化。

了解可視化建模的核心思想和基本算法。2025/2/192引言建模技術是實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的核心所在，也是實現(xiàn)千變?nèi)f化的可視化圖形圖像顯示的關鍵。利用VTK系統(tǒng)中內(nèi)置的源對象模型（SourceObject）來建立可視化管線中的演員模型。2025/2/193程序6-1-1通過內(nèi)置的源對象模型構建出圓柱體圖像

2025/2/194內(nèi)容

6.1

隱函數(shù)方法

6.2算法模型6.3數(shù)據(jù)選取2025/2/1956.1.1隱函數(shù)輪廓隱函數(shù)一般會具有以下函數(shù)形式隱函數(shù)常被用于實現(xiàn)對一些常見幾何形體的建模，比如面狀體、球體、圓柱體、錐形體、橢球體、曲面體等等。只要對函數(shù)進行數(shù)據(jù)的采樣，即可得到對應于隱函數(shù)的值的各個樣本點2025/2/1966.1.1隱函數(shù)輪廓隱函數(shù)的取值可以對空間進行劃分隱函數(shù)表面輪廓內(nèi)側區(qū)域隱函數(shù)表面輪廓隱函數(shù)表面輪廓外部區(qū)域2025/2/197程序6-1-2對隱函數(shù)進行采樣生成的標量做輪廓表示

2025/2/198（A）輪廓所形成的圓柱體的側表面（B）設置了EdgeVisibilityOn()6.1.2二項式隱函數(shù)二項式隱函數(shù)是一種較為常用的隱函數(shù)模型，能夠表示很多種不同的形體關系。二項式隱函數(shù)具有以下形式程序中采用vtkQuadric對象建立隱函數(shù)模型設置二項式隱函數(shù)的系數(shù)

SetCoefficients(1,1,0,0,0,0,0,0,0,0)2025/2/199程序6-1-3

利用二項式隱函數(shù)方法實現(xiàn)的圓柱體表面

2025/2/1910程序6-1-3

利用二項式隱函數(shù)方法實現(xiàn)的圓柱體表面

2025/2/19116.1.3隱函數(shù)組合成像隱函數(shù)可以獨立發(fā)揮作用，也可以組合使用共同用于對幾何物體的建模，從而形成一種混合式的函數(shù)模型。隱函數(shù)組合成像方法是利用隱函數(shù)的組合來創(chuàng)建更為復雜的對象2025/2/1912程序6-1-4對兩個隱函數(shù)所指示的平面進行組合成像

2025/2/1913（A）兩個同向平面的交集（B）兩個反向平面的交集程序6-1-5利用隱函數(shù)組合成像方法實現(xiàn)錐形體的切割

2025/2/1914（A）隱函數(shù)vtkCone實現(xiàn)的錐形體（B）通過交集運算實現(xiàn)的切割效果程序6-1-6利用隱函數(shù)組合成像方法建模咬了一口的冰激凌

2025/2/1915程序中采用了差集運算SetOperationTypeToDifference來實現(xiàn)冰激凌球和咬一口球的差，相當于在冰激凌上減掉咬一口球程序6-1-6利用隱函數(shù)組合成像方法建模咬了一口的冰激凌

2025/2/1916內(nèi)容

6.1隱函數(shù)方法

6.2算法模型6.3數(shù)據(jù)選取2025/2/19176.2.1隱式建模2025/2/1918隱函數(shù)方法需要利用隱函數(shù)本身來實現(xiàn)標量的生成，而隱式建模方法是利用一個距離函數(shù)來實現(xiàn)標量的生成。6.2.1隱式建模2025/2/1919

程序6-2-1HELLO字形數(shù)據(jù)的線形表示

2025/2/1920程序6-2-2利用隱函數(shù)建模方法為HELLO字形設置等距面

2025/2/1921值為0.25的等距面構成的HELLO程序6-2-2利用隱函數(shù)建模方法為HELLO字形設置等距面

2025/2/19226.2.2模底凸生模底凸生方法是以某一圖像作為模板，稱為模底，將其向上拉起形成一種凸生（Extrusion）的效果，并配之以一定的變化，從而形成一種拉伸而形成圖像。2025/2/1923程序6-2-3利用多邊形映射器將點狀圖元連成一個多邊形

2025/2/1924程序6-2-4以正八邊形為模底凸生出一個彈簧

2025/2/1925程序6-2-4以正八邊形為模底凸生出一個彈簧

2025/2/1926程序6-2-4以正八邊形為模底凸生出一個彈簧

2025/2/19276.2.3圖符表示圖符技術（Glyph）提供了很多對各類數(shù)據(jù)類型進行可視化的能力。

根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的不同，圖符可能會表現(xiàn)為不同幾何形狀或者是圖片的一種對象。圖符可以在可視化過程中形成一種與數(shù)據(jù)具有一定關聯(lián)的顯示。2025/2/1928程序6-2-5在球體上放置一些小的圓錐體圖符

2025/2/1929（A）添加法線圖符呈現(xiàn)出的刺球效果（B）添加非法向圖符呈現(xiàn)的效果內(nèi)容

6.1隱函數(shù)方法

6.2算法模型

6.3數(shù)據(jù)選取2025/2/19306.3.1數(shù)據(jù)提取2025/2/1931隱函數(shù)方法可以實現(xiàn)較為直接的數(shù)據(jù)提取。程序6-3-1利用二項式隱函數(shù)表示復雜曲面

2025/2/1932def

sampleQuadric():quadric=vtk.vtkQuadric()quadric.SetCoefficients(0.5,1,0.2,0,0.1,0,0,0.2,0,0)sample=vtk.vtkSampleFunction()sample.SetSampleDimensions(50,50,50)sample.SetImplicitFunction(quadric)sample.ComputeNormalsOff()

returnsample程序6-3-2通過輪廓濾波器加多邊形數(shù)據(jù)映射器展示數(shù)據(jù)提取圖

2025/2/1933程序6-3-2通過輪廓濾波器加多邊形數(shù)據(jù)映射器展示數(shù)據(jù)提取圖

2025/2/1934程序6-3-3通過數(shù)據(jù)集映射器展示數(shù)據(jù)提取圖

2025/2/1935程序6-3-3通過數(shù)據(jù)集映射器展示數(shù)據(jù)提取圖

2025/2/19366.3.2圖形剪切有時候可能僅僅就是對原有的圖形進行一個剪切的操作，從而形成一個切面。

對于圖形的剪切問題，可以采用隱函數(shù)來定義出剪切面，從而形成在原有圖形中建立一個切片的效果。2025/2/1937程序6-3-4利用立方體模型繪制一個三維長方體

2025/2/1938程序6-3-5對長方體的橫斷面進行剪切

2025/2/1939通過剪切器（vtkCutter）的使用，可以實現(xiàn)在原有圖形的表面建立剪切線的效果，最終形成閉合的剪切圖形。程序6-3-6通過剝離器（vtkStripper）的使用突出顯示長方體內(nèi)的剪切面2025/2/1940要實現(xiàn)剪切圖形內(nèi)部的填充，可以采用剝離器（vtkStripper），這樣可以實現(xiàn)更為完整的剪切面。6.3.3圖元選取如果反向選取原有的圖像，也就完成了對圖像的剪切操作。

圖元選取的方法也是一種十分有效和實用的數(shù)據(jù)選取方法。2025/2/1941程序6-3-7利用球體模型建立球體并觀察其點和圖元的數(shù)量利用球體模型vtkSphereSource建立一個球體對象source，首先輸出以下其點的數(shù)量和圖元的數(shù)量。

具體的輸出結果經(jīng)運行可以得到點的數(shù)量為50，圖元的數(shù)量為96。2025/2/1942程序6-3-8實現(xiàn)球體表面圖元的選取利用ID數(shù)組（vtkIdTypeArray）來保存一個圖元的列表ids。

其設置為將標號為10到19的圖元插入到列表ids之中。

保存選取圖元的列表ids直接送入被選節(jié)點（vtkSelectionNode）之中。2025/2/1943選取出的圖元所形成的空間形體程序6-3-8實現(xiàn)球體表面圖元的選取在程序6-3-8的render函數(shù)中，添加actor.SetBackfaceProperty(backfaces)實現(xiàn)演員內(nèi)表面屬性的設置，此處為設置成金黃色（Gold）。2025/2/1944通過內(nèi)表面屬性將內(nèi)側調(diào)整為黃色程序6-3-9通過對圖元的反向選取實現(xiàn)剪切圖元的效果如程序6-3-9所示，反向選取操作需要通過被選節(jié)點（本程序中為selectionNode）來實現(xiàn)，具體為selectionNode.GetProperties().Set(vtk.vtkS