4.vtk学习——点云可视化

我帮你把博客内容优化成更易读、逻辑清晰、方便复习学习的版本，同时保留原有的代码示例和思路。以下是优化后的版本：

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VTK 点云可视化教程（C# + Halcon）

1. 介绍

前文介绍了 VTK 的基本显示流程（Pipeline）、VTK 数据集概念及组成（如 vtkPolyData）、以及基础着色方法。本文重点展示如何实现点云可视化效果。

注意：点比较稀疏是因为在可视化之前，我对原始点云进行了采样。

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2. 实现流程概览

点云可视化的基本流程：

1. 读取点云数据（XYZ 坐标）。
2. 数据预处理（滤波、采样、归一化等）。
3. 构建 VTK 数据集 vtkPolyData 并添加颜色属性。
4. 创建拓扑结构（点或面）。
5. 设置 Mapper 和 Actor，进行可视化显示。

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3. 读取点云数据与预处理

这里使用 Halcon 示例，当然也可以用 VTK 的 Reader 或其他 C# 文件读取方式：

读取数据并生成3D对象

// 读取点云坐标
HOperatorSet.ReadTuple(@".\xpoints.dat", out var X);
HOperatorSet.ReadTuple(@".\ypoints.dat", out var Y);
HOperatorSet.ReadTuple(@".\zpoints.dat", out var Z);

// 生成3D对象
HOperatorSet.GenObjectModel3dFromPoints(X, Y, Z, out var WareModel3D);

// 数据采样（提高处理速度 & 降噪）
HOperatorSet.SampleObjectModel3d(WareModel3D, "fast", SamplingFactor * Diameter, new HTuple(), new HTuple(), out var SampledWareModel3D);

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4. 获取 XYZ 坐标并归一化

归一化可防止坐标过大或过小，便于 VTK 显示：

获取点坐标 & 构建 vtkPoints

HOperatorSet.GetObjectModel3dParams(SampledWareModel3D, "point_coord_x", out hv_x);
HOperatorSet.GetObjectModel3dParams(SampledWareModel3D, "point_coord_y", out hv_y);
HOperatorSet.GetObjectModel3dParams(SampledWareModel3D, "point_coord_z", out hv_z);
HOperatorSet.GetObjectModel3dParams(SampledWareModel3D, "num_points", out hv_num);

vtkPoints Points = new vtkPoints();
for (int i = 0; i < hv_num; i++)
{
    Points.InsertPoint(i, (hv_x[i]-xmin)/(xmax-xmin), (hv_y[i]-ymin)/(ymax-ymin), (hv_z[i]-zmin)/(zmax-zmin));
}

生成颜色属性（根据 Z 值映射）

vtkUnsignedCharArray colors_rgb = new vtkUnsignedCharArray();
colors_rgb.SetNumberOfComponents(3);

double zMax = hv_z.TupleMax();
double zMin = hv_z.TupleMin();
double zMedian = (zMax - zMin) / 2;

for (int i = 0; i < hv_num; i++)
{
    double r = 0, g = 0, b = 0;
    if (hv_z[i] - zMin > zMedian)
    {
        r = 255 * ((hv_z[i] - zMin - zMedian) / zMedian);
        g = 255 * (1 - ((hv_z[i] - zMin - zMedian) / zMedian));
        b = 0;
    }
    else
    {
        r = 0;
        g = 255 * ((hv_z[i] - zMin) / zMedian);
        b = 255 * (1 - ((hv_z[i] - zMin) / zMedian));
    }
    colors_rgb.InsertNextTuple3(r, g, b);
}

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5. 创建 VTK PolyData 与 Mapper

vtkPolyData Model3D = new vtkPolyData();
Model3D.SetPoints(Points);
Model3D.GetPointData().SetScalars(colors_rgb);

vtkPolyDataMapper Model3DMapper = vtkPolyDataMapper.New();

注意： 目前 Model3D 只包含点和颜色属性，还缺少拓扑结构（拓扑数据是 VTK 可视化必需的）。

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6. 添加拓扑结构（符号化点）

使用 vtkVertexGlyphFilter 为每个点生成可视化的拓扑数据：

生成拓扑数据 & 可视化

vtkVertexGlyphFilter glyphFilter = vtkVertexGlyphFilter.New();
glyphFilter.SetInput(Model3D);  // 为每个点生成图元

Model3DMapper.SetInput(glyphFilter.GetOutput());

vtkActor ModelActor = vtkActor.New();
ModelActor.SetMapper(Model3DMapper);

renderer.AddActor(ModelActor);

// 设置渲染器背景
renderer.SetBackground(0, 0, 0);
renderer.GradientBackgroundOn();
renderer.SetBackground2(0.8, 0.8, 0.8);

// 调整相机 & 刷新显示
ResetCamera(Model3D);

renderWindow.AddRenderer(renderer);
renderWindow.SetAlphaBitPlanes(1);
renderWindow.Render();
VtkPanel.Invalidate();
Application.DoEvents();

// 强制刷新三部曲
renderWindow.Render();
VtkPanel.Invalidate(true);
Application.DoEvents();

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7. 总结与扩展

• 该示例实现了点云的基本可视化（稀疏点云 + 颜色映射）。

• 核心流程：

  1. 读取点云数据 → 生成 3D 对象
  2. 数据预处理（采样、归一化）
  3. 构建 vtkPolyData + 设置颜色
  4. 生成拓扑结构（vtkVertexGlyphFilter）
  5. Mapper + Actor 可视化

• 后续可扩展：

  1. 对 Halcon 三角化后的面进行可视化（仓壁透明效果）。
  2. 使用法向量或其他属性数据进行高级着色。
  3. 增加透明度与深度剥离，改善半透明面显示效果。

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💡 学习小技巧：

1. vtkPolyData 必须有拓扑结构，否则 Mapper 无法显示。
2. 透明显示需结合 Actor 的 SetOpacity 和 Renderer 的 DepthPeeling 设置。
3. 对大量点云，先采样再显示可以提升性能。

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我可以进一步帮你画一张 点云处理 + VTK 可视化流程图，让从 Halcon 到 VTK 的整个流程一目了然，非常适合博客和笔记使用。

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