1.紋理映射體繪制

基于軟件實現的光線投影體繪制算法計算量非常大，不利于進行實時渲染。因此，目前體繪制經常使用圖形硬件利用紋理映射來加速。 其主要原理是將三維體數據作為紋理裝載入硬件緩存中，利用硬件來實現插值以及圖像合成操作，以提高繪制效率。 基于圖形硬件三維紋理功能的體繪制技術，主要是利用硬件的三線性過濾插值能力，通過渲染多個與視線垂直的面片來重建整個三維結構。每個面片利用三維紋理來決定顏色和透明度。這種方法得到的效果從本質上講與光線投影的效果相同。最新的方法可以直接利用三維紋理在圖形硬件上實現光線投影的算法。

2.二維紋理映射

早期受到硬件技術的限制，顯卡只能支持二維紋理映射。其基本思路是將每個坐標軸方向的切片作為二維紋理保存到圖形硬件緩沖中，在光線投影時，選擇與當前視線方向垂直的一組紋理圖像，在硬件中進行插值和合成運算以實現體繪制。 VTK中的vtkVolumeTextureMapper2D類可用于實現基于二維紋理映射的體繪制方法。 具體代碼如下所示： #include <vtkAutoInit.h> VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL); VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingVolumeOpenGL); VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType); VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);#include <vtkSmartPointer.h> #include <vtkStructuredPoints.h> #include <vtkStructuredPointsReader.h> #include <vtkVolumeTextureMapper2D.h> #include <vtkColorTransferFunction.h> #include <vtkPiecewiseFunction.h> #include <vtkRenderer.h> #include <vtkRenderWindow.h> #include <vtkRenderWindowInteractor.h> #include <vtkVolumeProperty.h> #include <vtkVolumeRayCastIsosurfaceFunction.h>int main(int argc, char *argv[]) {vtkSmartPointer<vtkStructuredPointsReader> reader =vtkSmartPointer<vtkStructuredPointsReader>::New();reader->SetFileName("mummy.128.vtk");reader->Update();vtkSmartPointer<vtkVolumeTextureMapper2D> volumeMapper =vtkSmartPointer<vtkVolumeTextureMapper2D>::New();volumeMapper->SetInputData(reader->GetOutput());;/*************************************************************************/vtkSmartPointer<vtkVolumeProperty> volumeProperty =vtkSmartPointer<vtkVolumeProperty>::New();volumeProperty->SetInterpolationTypeToLinear();volumeProperty->ShadeOn(); //打開或者關閉陰影測試volumeProperty->SetAmbient(0.4);volumeProperty->SetDiffuse(0.6); //漫反射volumeProperty->SetSpecular(0.2); //鏡面反射//設置不透明度vtkSmartPointer<vtkPiecewiseFunction> compositeOpacity =vtkSmartPointer<vtkPiecewiseFunction>::New();compositeOpacity->AddPoint(70, 0.00);compositeOpacity->AddPoint(90, 0.40);compositeOpacity->AddPoint(180, 0.60);volumeProperty->SetScalarOpacity(compositeOpacity); //設置不透明度傳輸函數//設置顏色屬性vtkSmartPointer<vtkColorTransferFunction> color =vtkSmartPointer<vtkColorTransferFunction>::New();color->AddRGBPoint(0.000, 0.00, 0.00, 0.00);color->AddRGBPoint(64.00, 1.00, 0.52, 0.30);color->AddRGBPoint(190.0, 1.00, 1.00, 1.00);color->AddRGBPoint(220.0, 0.20, 0.20, 0.20);volumeProperty->SetColor(color);/********************************************************************************/vtkSmartPointer<vtkVolume> volume =vtkSmartPointer<vtkVolume>::New();volume->SetMapper(volumeMapper);volume->SetProperty(volumeProperty);vtkSmartPointer<vtkRenderer> ren = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();ren->SetBackground(0, 1, 0);ren->AddVolume(volume);vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();rw->AddRenderer(ren);rw->SetSize(480, 480);rw->Render();rw->SetWindowName("VolumeRendering by Texture2D");vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();rwi->SetRenderWindow(rw);ren->ResetCamera();rw->Render();rwi->Start();return 0; }輸出結果圖像為： 通過對比2D紋理體繪制程序與光線投影法體繪制程序，會發現兩者基本是一樣的，僅僅是vtkVolumeMapper不同。這充分證明了VTK體渲染管線的易用性與通用性。當從一種體繪制方法變換到另一種時，只需要更換相應的vtkVolumeMapper即可。

3.vtkVolumeTexture2D類說明

vtkVolumeTexture2D勒種有兩個重要的函數：

• SetTargetTextureSize(int _ arg1, int _arg2);該函數用于設置紋理圖像的大小 默認為512*512。其大小必須為2的冪。
• SetMaximumNumberOfPlanes(int _arg);該函數用于設置紋理映射的平面數目。當視線垂直方向上的像素數目大于該值時，平面會自動跳躍進行合理的映射。

基于vtkVolumeTexture2D類的二維紋理映射體繪制渲染僅支持合成方式生成渲染圖像。

4.與光線投影體繪制算法的對比

基于二維紋理映射的體繪制渲染速度要優于光線投影體繪制。 但是vtkVolumeTexture2D僅支持Alpha合成技術，并且切片上使用雙線性插值實現紋理映射，為切片之間不進行任何處理，因此，該方法的體繪制渲染效果是低于光線投影算法的。 此外該方法需要在三個方向上保存相應的紋理圖像堆棧，占用內存也比較大。 還有一點需要注意的就是，該方法在渲染過程中會根據視線方向選擇當前最垂直（會是最優嗎？）的一組紋理，因此在進行兩組紋理切換時，會長生瑕疵，從而造成渲染質量的下降。

5.參看資料

1.《C++ primer》
2.《The VTK User’s Guide – 11thEdition》
3. ?張曉東, 羅火靈. VTK圖形圖像開發進階[M]. 機械工業出版社, 2015.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的VTK修炼之道63：纹理映射体绘制_二维纹理映射的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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