图形处理之计算法向量vtkPolyDataNormals

法向量计算

        三维平面的法向量是指垂直于该平面的三维向量。曲面在某点P处的法向量为垂直于该点切平面的向量。对于一个网格模型，每个点和单元cell都可以计算一个法向量，在三维计算机图形学中法向量一个重要的应用是光照和阴影计算。在计算网格模型法向量时，单元cell法向量计算比较简单，可以通过组成每个单元cell的任意两条边的叉乘向量并归一化来表示。而对于点的法向量，则是由所有使用该点的单元法向量的平均值来表示。
        VTK中计算法向量的Filter为vtkPolyDataNormals。该类针对单元为三角形或者多边形类型的vtkPolyData数据进行计算。由于法向量分为点法向量和单元法向量，可以通过函数SetComputeCellNormals和SetComputePointNormals来设置需要计算的法向量类型。默认情况下计算点法向量，关闭单元法向量计算。另外默认开始对锐边缘（sharp Edge）的处理。如果检测到存在锐边缘，则会将其分裂，因此模型的数据可能发生变化。可以通过SetSplitting函数关闭该功能。

示例演示

        我们对比计算法向量前后模型显示 并符号化显示法向量。

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#include //test data : ../data/fran_cut.vtk
int main(int argc, char *argv[])
{vtkNew reader;reader->SetFileName("E:/github/Study-VTK/data/fran_cut.vtk");reader->Update();vtkNew normfilter;normfilter->SetInputData(reader->GetOutput());normfilter->SetComputePointNormals(1);normfilter->SetComputeCellNormals(0);normfilter->SetAutoOrientNormals(1);normfilter->SetSplitting(0);normfilter->Update();vtkNew mask;mask->SetInputData(normfilter->GetOutput());mask->SetMaximumNumberOfPoints(300);mask->RandomModeOn();mask->Update();vtkNew arrow;arrow->Update();vtkNew glyph;glyph->SetInputData(mask->GetOutput());glyph->SetSourceData(arrow->GetOutput()); glyph->SetVectorModeToUseNormal();glyph->SetScaleFactor(0.01);glyph->Update();vtkNew originmapper;originmapper->SetInputData(reader->GetOutput());vtkNew originactor;originactor->SetMapper(originmapper);vtkNew normedmapper;normedmapper->SetInputData(normfilter->GetOutput());vtkNew normedactor;normedactor->SetMapper(normedmapper);vtkNew glyphmapper;glyphmapper->SetInputData(glyph->GetOutput());vtkNew glyphactor;glyphactor->SetMapper(glyphmapper);glyphactor->GetProperty()->SetColor(1., 0.,0.);double originalviewport[4] = {0.0, 0.0, 0.33, 1.0};double normviewport[4] = {0.33, 0.0, 0.66, 1.0};double glphviewport[4] = {0.66, 0.0, 1.0, 1.0};vtkNew originalrenderer;originalrenderer->SetViewport(originalviewport);originalrenderer->AddActor(originactor);originalrenderer->ResetCamera();originalrenderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);vtkNew normedrenderer;normedrenderer->SetViewport(normviewport);normedrenderer->AddActor(normedactor);normedrenderer->ResetCamera();normedrenderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);vtkNew glyphRenderer;glyphRenderer->SetViewport(glphviewport);glyphRenderer->AddActor(glyphactor);glyphRenderer->AddActor(normedactor);glyphRenderer->ResetCamera();glyphRenderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);vtkNew renderwindow;renderwindow->AddRenderer(originalrenderer);renderwindow->AddRenderer(normedrenderer);renderwindow->AddRenderer(glyphRenderer);renderwindow->SetSize(640, 320);renderwindow->Render();renderwindow->SetWindowName("PolyDataNormal");vtkNew renderwindowinteractor;renderwindowinteractor->SetRenderWindow(renderwindow);renderwindowinteractor->Initialize();renderwindowinteractor->Start();return EXIT_SUCCESS;
}

运行结果

        左图1为原始图，左图2为计算法向量后。如图所示，加入法向量后，模型显示得更加平滑。

参考资料

• VTK图形图像开发进阶[M]

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