VTK 图形处理之颜色映射

颜色映射

　　颜色映射的操作对象是数据集中的标量属性。它是一种常用的标量算法。它会根据数据集中各个部分不同的标量值，对各个部分上不同的颜色。与此相关的另一种上色方法是控制演员的颜色属性，但这样整个图形只有单一的颜色，这显然没有颜色映射方法灵活。
　　创建多边形数据集程序运行结果显示的彩色立方体就用到了颜色映射。由于对立方体的6个顶点设置了不同的标量值（点id），所以这6个点的颜色不同。至于立方体其他部分的颜色，也是通过标量值映射来的，不过这些标量值并不是手动设置，而是根据邻近的顶点的标量值，运用某种内插算法计算出来的。

颜色映射过程

　　假设有一个共256种颜色的查询表，且颜色的索引号范围为0~255，那么颜色映射就是将数据集的标量值映射到这些索引号的过程。在渲染时，与索引号对应的颜色将作为数据中相应部分的颜色显示出来。映射的方法如下图所示。
　　
这里写图片描述

　　上图中，scalar表示数据集中的标量值，index表示映射后的索引号。smin和smax表示的是标量值的映射范围（注意不是数据集中标量值的取值范围）。若一个标量值小于smin，则其映射的索引号为0；若一个标量值大于smax，其映射的索引号为255；若一个标量值在这个范围之间，则映射过程就是一个求一元一次函数值的过程，其对应的曲线是一条直线，不过需要对函数值取整。实际上，在范围外的标量值也可以被看作smin和smax，然后对其求函数值。
　　在VTK中，颜色映射的过程是由映射器mapper完成的。可以通过调用映射器的方法SetScalarRange()来设置标量值的范围[smin, smax]。映射过程只是为每个标量值确定了一个索引号，最终该标量值映射为何种颜色，还需要看颜色查询表中颜色的分配情况。如果不手动创建一个查询表，则映射器会使用一个默认的映射表。

示例演示

CMakeLists.txt文件代码如下：

1 CMAKE_MINIMUM_REQUIRED(VERSION 2.8)
2 PROJECT(LookupTableExample)
3 FIND_PACKAGE(VTK REQUIRED)
4 INCLUDE(${VTK_USE_FILE})
5 ADD_EXECUTABLE(LookupTableExample lookuptable.cpp)
6 TARGET_LINK_LIBRARIES(LookupTableExample ${VTK_LIBRARIES})

C++代码：

 1 #include "vtkActor.h"
 2 #include "vtkCellArray.h"
 3 #include "vtkFloatArray.h"
 4 #include "vtkPointData.h"
 5 #include "vtkPoints.h"
 6 #include "vtkPolyData.h"
 7 #include "vtkPolyDataMapper.h"
 8 #include "vtkRenderWindow.h"
 9 #include "vtkRenderWindowInteractor.h"
10 #include "vtkRenderer.h"
11 #include <vtkLookupTable.h>
12 #include "vtkSmartPointer.h"
13 
14 int main()
15 {
16     int i;
17     //定义立方体的顶点坐标
18     static float x[8][3] = { { 0, 0, 0 }, { 1, 0, 0 }, { 1, 1, 0 }, { 0, 1, 0 },
19     { 0, 0, 1 }, { 1, 0, 1 }, { 1, 1, 1 }, { 0, 1, 1 } };
20     //定义单元，每4个顶点建立一个四边形单元，共计6个单元
21     static vtkIdType pts[6][4] = { { 0, 1, 2, 3 }, { 4, 5, 6, 7 }, { 0, 1, 5, 4 },
22     { 1, 2, 6, 5 }, { 2, 3, 7, 6 }, { 3, 0, 4, 7 } };
23     //创建对象
24     vtkSmartPointer<vtkPolyData> cube = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();
25     vtkSmartPointer<vtkPoints> points = vtkSmartPointer<vtkPoints>::New();
26     vtkSmartPointer<vtkCellArray> polys = vtkSmartPointer<vtkCellArray>::New();
27     //存储顶点
28     for (i = 0; i < 8; i++)
29         points->InsertPoint(i, x[i]);
30     //设定单元
31     for (i = 0; i < 6; i++)
32         polys->InsertNextCell(4, pts[i]);
33 
34     //存储标量值
35     vtkSmartPointer<vtkFloatArray> scalars = vtkSmartPointer<vtkFloatArray>::New();
36     //设定每个顶点的标量值
37     for (i = 0; i < 8; i++)
38         scalars->InsertTuple1(i,  i*4);
39     //创建多边形数据
40     cube->SetPoints(points);
41     //设定单元类型为多边形
42     cube->SetPolys(polys);
43     //设定每个顶点的标量值
44     cube->GetPointData()->SetScalars(scalars);
45     //定义颜色映射表
46     vtkSmartPointer<vtkLookupTable> pColorTable = vtkSmartPointer<vtkLookupTable>::New();
47     //设置颜色表中的颜色
48     pColorTable->SetNumberOfColors(256);
49     pColorTable->SetHueRange(0.67, 0.0);        //色调范围从红色到蓝色
50     pColorTable->Build();
51     //数据映射
52     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cubeMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
53     cubeMapper->SetInputData(cube);
54     cubeMapper->SetScalarRange(0, 7);
55     cubeMapper->SetLookupTable(pColorTable);
56     vtkSmartPointer<vtkActor> cubeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
57     cubeActor->SetMapper(cubeMapper);
58 
59     vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
60     vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renWin = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
61     renWin->AddRenderer(renderer);
62     vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> iren = vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
63     iren->SetRenderWindow(renWin);
64     renderer->AddActor(cubeActor);
65     renderer->SetBackground(1, 1, 1);
66     renWin->SetSize(500, 500);
67     renWin->Render();
68     iren->Start();
69     return 0;
70 }

运行结果:

这里写图片描述

分析

有时候，标量数据就是颜色值，并不需要通过查询表进行映射。对此，映射器提供了以下一些方法来进行控制。
● SetColorModeToDefault()该方法执行默认的映射器行为，即把unsigned char类型的标量属性数据当作颜色值，不执行隐式。对于其他类型的标量数据，将通过查询表映射。
● SetColorModeToMapScalars()无论变量数据是何种类型，该方法都通过查询表对标量数据进行映射。如果标量数据的每个元组有多个分量，则对第0个分量进行映射。　

注意事项：
1. 如果没有标量数据，则映射器将不能使用查询表控制对象的颜色。这时可以使用演员对象来控制颜色。
2. 如果想阻止颜色映射，可调用映射器的ScalarVisibilityOff()方法。

调用ScalarVisibilityOn()方法后，可以控制映射器的颜色映射行为：
● SetScalarModeToDefault()执行默认的映射行为：如果有点标量属性数据，则用其进行映射，如果没有点标量属性数据但有单元标量属性数据，则用单元标量属性数据进行映射，否则不映射。
● SetScalarModeToUsePointData()总是使用点标量属性数据进行映射的。如果没有嗲按标量属性数据，就不进行映射。
● SetScalarModeToUseCellData()总是使用单元标量属性数据进行映射的。如果没有单元标量属性数据，就不进行映射。
● SetScalarModeToUsePointFieldData()不使用点或单元标量属性数据，而是使用点属性数据中的一般属性数据来进行映射的。该方法应该与ColorByArrayComponent()结合使用，以用来指定用于颜色映射的数据。
● SetScalarModeToUseCellFieldData()不使用点或单元标量属性数据，而是使用单元属性数据中的一般属性数据来进行映射的。该方法应该与ColorByArrayComponent()结合使用，以用来指定用于颜色映射的数据