2 VTK的基本概念

2.1 三维场景中的基本要素

(1) 灯光

A 位置灯光（vtkSpotLight）

“聚光灯”，灯光在场景中的某个位置，光源具有锥角和衰减值。

B 方向灯光（vtkDirectionalLight）

“平行光”，类似于太阳光

C 点光源（vtkPointLight）

一个点向所有方向发射光源，强度随距离衰减

(2) 相机

VTK中相机的主要功能是将三维场景投影到二维平面。相机的属性设置包括：

• 相机位置：相机在三维场景中的坐标，SetPosition(0.1,0.1,0.1)
• 相机焦点：相机对准的目标点，SetFocusPosition(0,0,0)
• 朝上方向：定义相机的“正上方”方向，SetViewUp(0,0,1)
• 相机视角：决定镜头视野范围，焦距越大，视野越小-视角越小，SetViewAngle(30.0)
• 投影方向：相机位置到相机焦点构成的向量方向即为投影方向
• 前后裁剪平面：只有这两个裁剪平面的中间的物体才能被看到，SetClippingRange(10,1000)

(3) 颜色

颜色是物体的一种属性，由vtkProperty控制

(4) 纹理映射

纹理映射的本质是将二维图像贴到三维物体的表面上，纹理映射的要素包括：待贴图表面、纹理坐标、纹理映射

2.2 坐标系统和空间转换

(1) 坐标系统

A Model坐标系统

定义模型时候采用的坐标系，一个局部的笛卡尔坐标系

B World坐标系统

放置Actor对象的三维空间坐标系

C View坐标系统

相机内部的坐标系统，三轴的取值都为[-1.0,1.0]

D Display坐标系统

显示屏的坐标系统，单位是像素

(2) 空间转换

A 线性变换

平移、旋转、缩放、剪切等变换，本质是通过齐次矩阵乘法完成

B 透视变换

模拟相机透视投影的变换、将三维空间中的点映射到二维平面中；关键参数：相机内参和外参

C 非线性变换

如薄样条变换，用于模拟薄板受外力弯曲的效果，变形之后保持平滑无折角

2.3 VTK管线和渲染引擎

(1) VTK管线

VTK管线的主要任务是对数据的读取、转换、加工等操作；此外需要注意的是：VTK管线的执行遵循惰性赋值的原则。

(2) VTK渲染引擎

VTK渲染引擎的主要任务是负责将VTK管线输出的数据进行可视化表达：图形绘制、视觉效果控制、交互响应等。主要使用的类包括：vtkActor、vtkRender、vtkRenderWindow等