VTK基础(02)：VTK中的数据结构 - 教程

VTK中的数据结构

1.数据对象和内容集

(1)数据对象

数据对象是整个可视化流程的核心载体，本质是对现实世界中各类数据的结构化抽象，目的是统一描述数据的“几何信息”、“拓扑结构“和”属性数据“

vtk中的数据一般是以数据对象的形式表现的，vtkDataObj是顶级抽象基类

(2)内容集

vtk中的数据集vtkDataSet直接派生于vtkDataObj，将信息对象组织成一种结构并赋予相应的属性数据；包含：组织结构、属性数据，其中组织结构=几何结构（点）+拓扑结构（单元）

资料集类型如下：

• 线性网格：vtkImageData，点按规则网格排列（类似二维像素或三维体素的阵列），坐标间距均匀，拓扑关系隐含
• 结构网格：点按规则索引排列（类似 vtkImageData 的网格索引），但点的坐标可以非均匀分布（间距可变），拓扑关系隐含（通过索引确定单元连接）
• 非结构网格：点的坐标和单元的拓扑关系均完全不规则，支持任意类型的单元（如四面体、六面体、棱锥体、金字塔等），拓扑关系需显式存储
• 多边形：由不规则的点集和点组成的 “几何图元”（如点、线、多边形、三角形带）构成，拓扑关系显式存储（明确记录哪些点组成一个单元）

2.单元

(1)单元的概念

本质是拓扑连接的抽象，通过点索引定义点与点之间的链接关系

(2)单元的特征

• 点索引：存储单元索引的数组
• 维度：0维（点）、1维（线）、2维（曲面）、3维（体）
• 边界：实体与外界空间的分界面

在代码中是使用枚举值来表示单元类型的

(3)单元的类型

(1)线性单元

• 顶点(Vertex)、多顶点(Polyvertex)、线段(Line)、多段线(Polyline)
• 三角形(Triangle)、三角带(Triangle Trip)、四边形(Quadrilateral)、像素(Pixel)、多边形(Polygon)
• 四面体(Terahedron)、六面体(Hexahedron)、体素(Voxel)
• 三棱柱(Wedge)、四棱锥(Pyramid)
• 五棱柱(Pentagonal prism)、六棱柱(Hexagonal prism)

(2)非线性单元

二次单元，类似线性单元的结构

3.属性数据

(1)标量材料

只有大小没有方向的数据，如温度值、颜射值RGB等

(2)矢量内容

既有大小又有方向的资料，如加速度

(3)张量资料

类似于阵列，0阶的张量是标量、1阶的张量是矢量、二阶的张量是纹理坐标、三阶是阵列

4.数据的存储和表达

(1)材料的存储

VTK中内存分配采用连续内存模式，利用vtkDataArray类的派生类来管理内存的
数据依据分量可分为：单分量和多分量

• 单分量：vtkBitArray、vtkCharArray、vtkShortArray、vtkIntArray、vtkFloatArray、vtkDoubleArray等
• 多分量：vtkVector2iArray、vtkVector3fArray、vtkVector4dArray、vtkMatrix3x3Array 、vtkMatrix4x4Array

(2)素材的表达

将数据抽象为 “几何 + 拓扑 + 属性” 的三元结构