至此，我們知道，數(shù)據(jù)集由組織結(jié)構(gòu)和與之關(guān)聯(lián)的屬性數(shù)據(jù)構(gòu)組成，組織結(jié)構(gòu)包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)集的類型是由它的組織結(jié)構(gòu)決定，同時(shí)數(shù)據(jù)集的類型決定了點(diǎn)和單元之間的相互關(guān)系，圖6.11列出了常見的數(shù)據(jù)集類型，圖6.12是對(duì)應(yīng)的類的繼承圖。

依據(jù)數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)特征，可分為規(guī)則結(jié)構(gòu)和不規(guī)則結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。如果組成數(shù)據(jù)集的點(diǎn)是規(guī)則的，則稱該數(shù)據(jù)集的幾何是規(guī)則的，如果組成數(shù)據(jù)集的單元之間的拓?fù)涫且?guī)則的，則稱該數(shù)據(jù)集的拓?fù)涫且?guī)則的(這句話可能有點(diǎn)繞，不過意思在前面的章節(jié)已經(jīng)講得很清楚了，簡(jiǎn)單地說就是點(diǎn)決定幾何結(jié)構(gòu)，單元決定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))。規(guī)則數(shù)據(jù)集的點(diǎn)和單元都是規(guī)則排列的，每個(gè)點(diǎn)的位置都可以依據(jù)相互之間的關(guān)系得到；不規(guī)則結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集沒有固定的模式，不能用簡(jiǎn)單的方式描述，在存儲(chǔ)和計(jì)算時(shí)需要更多的內(nèi)存和資源，但它在數(shù)據(jù)表達(dá)方面相對(duì)而言則更加自由，能更加細(xì)致、靈活的表達(dá)。

6.5.1 vtkImageData

通過第5章“VTK在圖像處理中的應(yīng)用”的學(xué)習(xí)，相信我們對(duì)vtkImageData數(shù)據(jù)集的類型并不陌生。vtkImageData類型的數(shù)據(jù)是按規(guī)則排列在矩形方格中的點(diǎn)和單元的集合，如圖6.11(a)所示，如果數(shù)據(jù)集的點(diǎn)和單元排列在平面(二維)上，稱此數(shù)據(jù)集為像素映射(Pixmap)、位圖或圖像，由vtkPixel單元組成；如果排列在層疊面(三維)上，則稱為體(Volume)，由vtkVoxel單元組成。vtkImageData是由一維的線、二維的像素或三維的體素組成，vtkImageData在幾何結(jié)構(gòu)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是規(guī)則的，因此每個(gè)點(diǎn)的位置可隱式地表達(dá)，只需要知道vtkImageData數(shù)據(jù)的維數(shù)、起始點(diǎn)的位置和相鄰點(diǎn)之間的間隔，就可以計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)的空間位置。數(shù)據(jù)維數(shù)用一個(gè)三元組(n_x, n_y, n_z)來表示，分別表示在X、Y和Z方向上點(diǎn)的個(gè)數(shù)。vtkImageData數(shù)據(jù)集的點(diǎn)的個(gè)數(shù)一共是n_x×n_y×n_z，單元的個(gè)數(shù)一共是(n_x-1)×(n_y-1)×(n_z-1)。

vtkImageData類型的數(shù)據(jù)集在圖像處理和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用都非常廣泛，而醫(yī)學(xué)圖像則會(huì)頻繁產(chǎn)生體素?cái)?shù)據(jù)，如CT(ComputedTomography)和MRI(Magnetic ResonanceImaging)。關(guān)于vtkImageData更詳細(xì)的內(nèi)容請(qǐng)參考第5章。

6.5.2 vtkPolyData

多邊形數(shù)據(jù)集vtkPolyData由頂點(diǎn)(Vertex)、多頂點(diǎn)(Polyvertex)、線(Line)、折線(Polyline)和三角條帶(Triangle Strip)等單元構(gòu)成，多邊形數(shù)據(jù)是不規(guī)則結(jié)構(gòu)的，并且多邊形數(shù)據(jù)集的單元在拓?fù)渚S度上有多種類型，如圖6.11-e所示。多邊形數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)、算法和高速計(jì)算機(jī)圖像學(xué)的橋梁。

頂點(diǎn)、線和多邊形構(gòu)成了用來表達(dá)0、1和2維幾何圖形的基本要素的最小集合，同時(shí)用多頂點(diǎn)、折線和三角形條帶單元來提高效率和性能，特別是三角形條帶，用一個(gè)三角形條帶表達(dá)N個(gè)三角形只需要用N+2個(gè)點(diǎn)，但是用傳統(tǒng)的表達(dá)方法需要用3N個(gè)點(diǎn)，而且大多數(shù)圖形庫渲染三角形條帶的速度比直接渲染三角形要快很多。

6.5.3 vtkRectilinearGrid

vtkRectilinearGrid類型(線性網(wǎng)格)的數(shù)據(jù)是排列在矩形方格中的點(diǎn)和單元的集合，如圖6.11-b所示，線性網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是規(guī)則的，但其幾何結(jié)構(gòu)只是部分規(guī)則，也就是說，它的點(diǎn)是沿著坐標(biāo)軸排列的，但是兩點(diǎn)間的間隔可能不同，與vtkImageData類型的數(shù)據(jù)相似，線性網(wǎng)格是由像素或體素等單元組成的，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通過指定網(wǎng)格的維數(shù)來隱式表達(dá)，幾何結(jié)構(gòu)則通過一系列的x, y, z坐標(biāo)來表達(dá)。

6.5.4 vtkStructuredGrid

vtkStructuredGrid是結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格數(shù)據(jù)，具有規(guī)則的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和不規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)，但是單元之間沒有重疊或交叉，如圖6.11-c所示。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的單元是由四邊形或六面體組成，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通常用于有限差分分析。典型的應(yīng)用包括流體流動(dòng)、熱量傳輸和燃燒學(xué)等。

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圖6.11VTK常見的數(shù)據(jù)集類型

?

圖6.12VTK常見數(shù)據(jù)集的類繼承圖

6.5.5 vtkUnstructuredGrid

vtkUnstructuredGrid，非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格是最常見的數(shù)據(jù)集類型，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何結(jié)構(gòu)都是不規(guī)則的，在此數(shù)據(jù)集中所有單元類型都可以組成任意組合，所以單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從零維延伸至三維，如圖6.11-f所示。

VTK中任一類型的數(shù)據(jù)集都可用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來表達(dá)，vtkUnstructuredGrid類型數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)需要大量的空間以及計(jì)算時(shí)需要消耗大量的資源，除非迫不得已，一般較少使用此種類型的數(shù)據(jù)集。非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格主要用于有限元分析、計(jì)算幾何和幾何建模等領(lǐng)域。

6.6.6 vtkUnstructuredPoints

vtkUnstructuredPoints，非結(jié)構(gòu)化點(diǎn)集，是指不規(guī)則地分布在空間的點(diǎn)集。非結(jié)構(gòu)化點(diǎn)集具有不規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)，不具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，非結(jié)構(gòu)化點(diǎn)集用離散點(diǎn)來表達(dá)，如圖6.11-d所示。

通常，這類數(shù)據(jù)沒有固定的結(jié)構(gòu)，由一些可視化程序識(shí)別和創(chuàng)建的，非結(jié)構(gòu)化點(diǎn)集適合表現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化，可將這種數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換成其它一些結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)形式。

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總結(jié)

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