第04章 06 VTK静态数据模型和动态数据模型示例

VTK（Visualization Toolkit）提供了多种数据模型来处理和表示各种类型的数据。其中，静态数据模型和动态数据模型是两种不同的数据表示方式，各自具有不同的特点和适用场合。

静态数据模型

特点

1. 静态数据模型是VTK中默认的数据模型，适用于数据不随时间变化的场景。
2. 数据结构稳定：在静态数据模型中，数据结构在创建后不发生改变，或者改变的频率很低。
3. 高效处理：由于数据结构稳定，VTK可以优化数据的存储和访问，提高处理效率。

适用场合

• 静态几何数据：如三维模型、地形数据等，这些数据在可视化过程中不会发生变化。
• 图像数据：如医学影像、遥感图像等，这些数据通常是静态的，需要进行分析和可视化。
• 非时变的模拟数据：例如，一些物理模拟的结果，一旦生成，就不需要再进行时间步进。

实例

以下是一个使用静态数据模型的VTK代码示例，展示如何读取和显示一个静态的STL文件：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    // 创建STL读取器
    vtkSmartPointer reader = vtkSmartPointer::New();
    reader->SetFileName("path/to/your/file.stl");
    reader->Update();

    // 创建映射器
    vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
    mapper->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

    // 创建Actor
    vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
    actor->SetMapper(mapper);

    // 创建渲染器和窗口
    vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
    vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    vtkSmartPointer interactor = vtkSmartPointer::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 添加Actor到渲染器
    renderer->AddActor(actor);

    // 启动渲染窗口
    renderWindow->Render();
    interactor->Start();

    return 0;
}

在这个示例中，STL文件的数据是静态的，不会随时间变化，因此使用静态数据模型非常适合。

动态数据模型

特点

1. 动态数据模型适用于数据随时间变化的场景，如模拟过程中的数据、实时数据流等。
2. 数据结构可变：在动态数据模型中，数据结构可以随时发生变化，包括顶点、单元和相关数据的添加、删除或修改。
3. 支持时间步进：动态数据模型可以处理具有时间戳的数据，支持时间序列的可视化和分析。

适用场合

• 时变数据：如天气预报、流体动力学模拟等，数据随时间变化。
• 实时数据：如传感器数据、股票市场数据等，需要实时更新和显示。
• 交互式模拟：用户可以与数据进行交互，影响数据的生成和变化。

实例

以下是一个使用动态数据模型的VTK代码示例，展示如何创建一个随时间变化的点云：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

class DynamicPipeline
{
public:
    void Run()
    {
        // 创建点数据源
        vtkSmartPointer pointSource = vtkSmartPointer::New();
        pointSource->SetNumberOfPoints(50);
        pointSource->SetRadius(5.0);
        pointSource->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0);
        pointSource->Update();

        // 创建映射器
        vtkSmartPointer mapper = vtkSmartPointer::New();
        mapper->SetInputConnection(pointSource->GetOutputPort());

        // 创建Actor
        vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
        actor->SetMapper(mapper);

        // 创建渲染器和窗口
        vtkSmartPointer renderer = vtkSmartPointer::New();
        vtkSmartPointer renderWindow = vtkSmartPointer::New();
        renderWindow->AddRenderer(renderer);
        vtkSmartPointer interactor = vtkSmartPointer::New();
        interactor->SetRenderWindow(renderWindow);

        // 添加Actor到渲染器
        renderer->AddActor(actor);

        // 启动渲染窗口
        renderWindow->Render();
        interactor->Initialize();

        // 动态更新数据
        for (int i = 0; i < 100; ++i)
        {
            // 更新点的位置
            vtkSmartPointer points = vtkSmartPointer::New();
            for (int j = 0; j < 50; ++j)
            {
                double pos[3];
                pointSource->GetOutput()->GetPoint(j, pos);
                pos[0] += 0.1; // 沿X轴移动
                points->InsertNextPoint(pos);
            }

            // 创建新的PolyData
            vtkSmartPointer polyData = vtkSmartPointer::New();
            polyData->SetPoints(points);

            // 更新映射器的输入
            mapper->SetInputData(polyData);

            // 触发重渲染
            renderWindow->Render();
            interactor->GetRenderWindow()->SetFullScreen(false);
            interactor->GetRenderWindow()->Render();
        }

        interactor->Start();
    }
};

int main()
{
    DynamicPipeline pipeline;
    pipeline.Run();
    return 0;
}

在这个示例中，点云的位置随时间变化，每次循环中点的位置都会更新，因此使用动态数据模型来处理这种时变数据。

总结

• 静态数据模型适用于数据不随时间变化的场景，数据结构稳定，处理效率高。
• 动态数据模型适用于数据随时间变化的场景，数据结构可变，支持时间步进和实时更新。

选择哪种数据模型取决于具体的应用需求和数据特性。