VTK中获取STL模型点的坐标以及对其进行变换

　　VTK是一个基于面向对象的开源三维绘图软件包，和其它的的三维绘图引擎如OSG、OGRE不同之处在于，VTK可视化对象主要是各种数据，更加注重对数据分析处理后的可视化，可视化的内容是人们无法直接感受到的东西，如地质构造、地层分布、矿床分布、三维空间应力场的状态变化等等，而OSG、OGRE是基于场景的可视化，更强调视觉感官的感受，所以OSG主要应用于虚拟现实领域，而VTK主要应用于科学计算可视化领域。

　　VTK的可视化设计是基于管线流的设计模式，将要处理的数据作为流动介质在管线中流动，不同的阶段对数据有不同的处理方式，VTK的可视化管线如图所示：

　　Sources: 数据生成的源头，数据来源主要包括从磁盘读取数据文件，如VTK所支持的各种格式文件生成数据源对象，这种源对象被称为读源对象，或者利用数学方法生成源对象，如利用多个四边形构建一个圆柱体，这种对象被称为程序源对象。

　　Filters: 对源对象进行处理，生成新的数据集输出。

　　Mappers: 映射器对象主要作用是将可视化模型生成的数据转换到图形模型进行绘制，或者以磁盘文件的形式进行输出。

　　渲染对象（vtkRenderer）和渲染窗口（vtkRenderWindow）： 渲染对象和渲染窗口分别对应于用于显示图形的视口和窗口。每个渲染窗口可以容纳一个或多个渲染对象。即一个渲染窗口中可以存在多个视口，它们既可以并列也可以分层排放。

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　　如下图所示，用vtkSTLReader读入一个边长为50mm的立方体模型（注意模型不在原点--导出STL文件时选择了自定义的坐标系）。如果是ASCII格式的STL文件可以直接用文本编辑器打开查看立方体各顶点的坐标，在VTK中如何获得这些顶点的坐标位置呢？vtkProp3D类里面有几个函数：GetPosition、GetOrigin、GetCenter不过这些都没办法获取立方体顶点的坐标。不管立方体在坐标系中处于什么位置，只要没调用SetPosition设置新位置，GetPosition都会返回(0, 0, 0)。

import vtk

# Create the reader and read a data file.
sr = vtk.vtkSTLReader()
sr.SetFileName("cube.stl")
sr.Update()

stlMapper = vtk.vtkPolyDataMapper()
stlMapper.SetInputConnection(sr.GetOutputPort())

stlActor = vtk.vtkLODActor()
stlActor.SetMapper(stlMapper)

#stlActor.SetPosition(-50, 0, 0)

p = [0, 0, 0]
polydata = sr.GetOutput()
for i in range(polydata.GetNumberOfPoints()):
    polydata.GetPoint(i, p);
    print p

# Create the Renderer, RenderWindow, and RenderWindowInteractor
ren = vtk.vtkRenderer()
renWin = vtk.vtkRenderWindow()
renWin.AddRenderer(ren)
iren = vtk.vtkRenderWindowInteractor()
iren.SetRenderWindow(renWin)

# Add the actors to the render; set the background and size
ren.AddActor(stlActor)
ren.SetBackground(0.1, 0.1, 0.1)
renWin.SetSize(500, 500)

# create coordinate axes in the render window
axes = vtk.vtkAxesActor()
axes.SetTotalLength(100, 100, 100)  # Set the total length of the axes in 3 dimensions
# Set the type of the shaft to a cylinder:0, line:1, or user defined geometry.
axes.SetShaftType(0)
axes.SetCylinderRadius(0.02)
axes.SetAxisLabels(0)
ren.AddActor(axes)

style = vtk.vtkInteractorStyleTrackballCamera()
style.SetDefaultRenderer(ren)
iren.SetInteractorStyle(style)

iren.Initialize()
renWin.Render()
iren.Start()

　　运行后得到如下结果，即立方体8个顶点的实际坐标：

[50.0, 0.0, 100.0]
[50.0, 100.0, 100.0]
[50.0, 0.0, 0.0]
[50.0, 100.0, 0.0]
[150.0, 0.0, 100.0]
[150.0, 0.0, 0.0]
[150.0, 100.0, 100.0]
[150.0, 100.0, 0.0]

　　如果将注释"#stlActor.SetPosition(-50, 0, 0)"取消，再运行会得到同样的结果。可以发现SetPosition这种操作并不会影响顶点的实际位置，只能控制场景中的演员的位置。vtkActor.SetPosition() simply effects where your actor is rendered, but do not modify any coordinates of the underlying polydata physically. 即VTK中的变换可分为对实际数据的变换和对演员的变换，具体可以参考PPT：Introduction to VTK: Transforms

　　为了对原始数据进行处理可以添加filter，如下面代码，将原始STL模型中的顶点向X轴负方向平移50mm

transform = vtk.vtkTransform()
transform.Translate(-50, 0, 0)
transformFilter = vtk.vtkTransformPolyDataFilter()
transformFilter.SetInputConnection(sr.GetOutputPort())
transformFilter.SetTransform(transform)
transformFilter.Update()

　　再次查询立方体的顶点，坐标如下：

[0.0, 100.0, 100.0]
[0.0, 0.0, 0.0]
[0.0, 100.0, 0.0]
[100.0, 0.0, 100.0]
[100.0, 0.0, 0.0]
[100.0, 100.0, 100.0]
[100.0, 100.0, 0.0]

　　另外需要注意的是可视化管道使用惰性计算策略（lazy evaluation scheme）： 直到需要数据（或被强制）时，可视化管道才会产生数据，产生的数据是最新的。对数据的需求由Update()方法提出，这一方法可以显示调用，也可以由图形流水线中演员对象(Actor)的Render()方法自动调用。对数据的需求会逆着流水线的方向传递，如果某一部分的数据过时（通过检查时间标签），可视化流水线中的过滤器会重新执行，最新生成的数据沿着流水线传递给演员(Actor)。

　　在上面的代码中如果实例化vtkSTLReader后，直接调用GetNumberOfPoints方法获取STL模型顶点的数目，会返回0，尽管这个模型包含了8个顶点。出现这样的原因是因为GetNumberOfPoints()方法没有被要求执行，而使用Update()方法强制了流水线的执行，因此会返回8。

参考：

VTK/Examples/Cxx/PolyData/PolyDataGetPoint

VTK/Tutorials/DataStorage

Visualization Toolkit ( VTK ) Tutorial

Introduction to VTK: Transforms

how to get the world coordinate of a Prop?

what's the difference between actor 's position and sphere 's center ?