可視化工具包 VTK(Visualization Toolkit),是一種開源的可視化軟件系統,主要實現計算機圖形學、圖像分析、渲染、圖像處理等功能。VTK 包含一個 C++類庫和多個不同語言調用接口層，主要針對2D、3D 圖像和可視化用圖設計。

VTK設計作為一個工具包，不依賴于特定的平臺，VTK可以在多種操作系統上運行，包括Windows、Linux和macOS。可以結合各種語言開發。VTK 的源碼提供清晰的子模塊化結構，開發人員可以使用編譯好的動態或靜態庫，也可以直接將源碼集成到相關開發工具中使用，從而方便對整個算法實現過程做調試和修改。

一、VTK可視化過程：

????數據源 (Source)：

????????數據源組件是整個可視化管線的起點，它可以是任何生成或讀取數據的對象。

例如，vtkSphereSource用于生成球體網格，而vtkDICOMImageReader用于讀取醫學圖像數據。

????過濾器 (Filter)：

????????過濾器用于修改或操作數據。???這可能包括幾何變換、數據采樣、切割、等值面提取、流線追蹤等。例如，vtkContourFilter用于從體積數據中提取等值面。

????映射器 (Mapper)：

????????映射器負責將過濾后的數據轉換成圖形表示，這通常涉及決定如何渲染數據，比如顏色映射、光照模型和紋理映射。例如，vtkPolyDataMapper用于將多邊形數據映射到圖形上。

????演員 (Actor)：

????????演員是將映射器的結果呈現到屏幕上的對象，它控制了諸如位置、比例和旋轉等屬性。例如，vtkActor用于顯示映射器的數據。

????渲染器 (Renderer)：

????????渲染器管理一個或多個演員，設置背景色，以及決定如何將所有元素組合成一個圖像。例如，vtkRenderer用于渲染場景。

????渲染窗口 (RenderWindow)：

? ? ? ?渲染窗口是最終顯示渲染結果的地方，它可以包含一個或多個渲染器的輸出。例如，vtkRenderWindow用于顯示渲染器生成的畫面。

????交互控制器 (Interactor)：

? ? ?交互控制器允許用戶與場景進行交互，例如平移、縮放和旋轉視圖。例如，vtkRenderWindowInteractor用于處理用戶輸入并更新渲染窗口。

在實際應用中，這些組件通過連接接口（如SetInputConnection和Update）鏈接在一起，形成一個從數據源到最終圖像的完整流水線。當數據發生變化時，VTK會自動更新管線中的每個組件，確保最終輸出是最新的可視化結果

在Visualization Toolkit (VTK) 中，處理三維數據和渲染時，會涉及到四種主要的坐標系統。這些坐標系統幫助管理數據從原始狀態到最終屏幕顯示的轉換過程。

二、四種坐標系統及其用途的概述：

????Model坐標系統：

????????這個坐標系統與具體的模型相關聯，是定義模型時使用的坐標系統，通常是局部的笛卡爾坐標系。每個模型（如通過vtkPolyData或vtkImageData表示的數據集）都在自己的模型坐標系統中定義。例如，一個球體可能在其模型坐標系統中定義為以原點為中心、半徑為1的單位球。

????World坐標系統：

????????World坐標系統是一個全局的坐標框架，所有模型、Actor、相機和光照都在這個系統中被放置和定位。Actor類負責將模型坐標系統中的數據轉換到世界坐標系統中，以便在三維空間中正確放置。World坐標系統提供了一個統一的空間參照系，使得不同模型之間能夠相互關聯和交互。

????View坐標系統：

????????又稱為“Normalized Device Coordinates”（NDC）系統，是相機視角下的坐標系統。在這個系統中，坐標值被歸一化到范圍[-1, 1]內，其中X和Y軸表示像素平面上的位置，而Z軸則表示深度或距離。View坐標系統是將世界坐標轉換為適合渲染的角度和深度的中間步驟。

????Display坐標系統：

????????這是最終屏幕上的坐標系統，坐標值直接對應于屏幕像素的位置。原點位于屏幕左下角，X軸向右，Y軸向上，與VTK中的其他坐標系統一樣，它遵循右手定則。

在Display坐標系統中，X和Y的值對應于屏幕的寬度和高度的像素值。

VTK中的vtkCoordinate類提供了在這些坐標系統之間進行轉換的功能。

例如，可以使用vtkCoordinate的SetValue()方法設置一個坐標值，并使用GetComputedDisplayValue()或GetComputedWorldValue()等方法來獲取在Display坐標系統或World坐標系統中的相應坐標值。

這些坐標系統之間的轉換是三維可視化和渲染流程的核心部分，確保了數據的正確呈現和交互。

在VTK里，Model坐標系統用得比較少，其他三種坐標系統經常使用。他們之間的變換則是由類vtkCoordinate進行管理。

三、VTK主要子模塊及其功能

vtkIO

????提供讀取和寫入不同格式的文件接口，支持多種數據格式，包括DICOM、PLY、STL、VTK XML等。

vtkImaging

????負責圖像處理任務，包括濾波、轉換和其他圖像操作。

vtkGraphics

????包含了圖形輸出相關的類，例如顏色映射、標簽映射、圖元集合等。

vtkFilters

????分為多個子模塊，例如vtkFiltersCore、vtkFiltersGeneral、vtkFiltersGeometry等，提供各種數據過濾和轉換功能。

vtkRendering

????負責渲染功能，包括場景管理、攝像機控制、光照模型、紋理映射等。

vtkViews

????提供高級視圖組件，例如圖表、表格和科學可視化視圖。

vtkHybrid

????包括混合渲染和復合可視化技術。

vtkInfovis

????專注于信息可視化，如圖布局算法和網絡可視化。