VTK笔记-数据集-绘制凹多边形

在做一个小例子的时候,发现绘制凹多边形,输出的结果确实一个凸多边形;红色边框是我设定的点坐标。
在这里插入图片描述
从网上看到有人说: “OpenGL中认为合法的多边形必须是凸多边形,凹多边形、自交多边形、带孔的多边形等非凸的多边形在OpenGL中绘制会出现出乎意料的结果。例如,在大多数系统中,只有多边形的凸包被填充,而在有些系统中,并非所有的凸包都被填充。OpenGL之所以对合法多边形类型做出限制,是为了更方便地提供能够对符合条件的多边形进行快速渲染的硬件。简单多边形可被快速地渲染,而复杂多边形难以快速检测出来。为了最大限度的提高性能,OpenGL假定多边形是简单的。
在刚开始我以为是我使用绘制多边形的类有问题,换了方法后,还是同样的问题;
同样是这个博客中写到“非凸多边形最简单的填充方法最简单的应该是GLU 网格化对象GLUtesselator就是GLUtesselator, 能将任意多边形,简化为三角形或凸多边形的组合,从而使OpenGL能绘制出任意形状的多边形。”,那是不是就是需要将多边形数据细化剖析为三角形集合?值得一试。

问题的开始

由于功能需要,我要绘制不规则的多边形,一开始使用的是规则的长方形,后来想使用五边形,就将长方形的中心作为了五边形的一个顶点;

const int num_points = 5;
double top_left[num_points][3] = {
	{0.5,0.5,0} ,{1,0,0},{1,1,0},{0,1,0},{0,0,0}
};

结果是这样子的,可以看到填充的结果和边框图是一样的。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

const int num_points = 5;
double top_left[num_points][3] = {
	{1,0,0},{1,1,0},{0,1,0},{0,0,0},{0.5,0.5,0}
};

结果是这个样子的,边框图没有改变,而填充的结果却不一样了;
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
完整代码为:

#include <vtkNew.h>
#include <vtkUnstructuredGrid.h>
#include <vtkDataSetMapper.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkPolygon.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkTriangleFilter.h>
#include <vtkTriangle.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkProperty.h>

const int num_points = 5;
double top_left[num_points][3] = {
    {0.5,0.5,0}, {1,0,0},{1,1,0},{0,1,0},{0,0,0}
};
vtkNew<vtkPoints> points;
vtkNew<vtkPolygon> polygon;
polygon->GetPointIds()->SetNumberOfIds(num_points);
for (size_t i = 0; i < num_points; i++) {
	points->InsertNextPoint(top_left[i]);
	polygon->GetPointIds()->SetId(i, i);
}

vtkNew<vtkCellArray> cells;
cells->InsertNextCell(polygon);

vtkNew<vtkPolyData> polygonPolyData;
polygonPolyData->SetPoints(points);
polygonPolyData->SetPolys(cells);

vtkNew<vtkTriangleFilter> filter;
filter->SetInputData(polygonPolyData);
filter->Update();

vtkNew<vtkPolyDataMapper> mapper;
mapper->SetInputData(polygonPolyData);

vtkNew<vtkActor> actor;
actor->SetMapper(mapper);
// 使用SetRepresentationToWireframe设置显示边框还是填充效果;
actor->GetProperty()->SetRepresentationToWireframe();

vtkNew<vtkRenderer> renderer;
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(0.5, 0.5, 0.5);

vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;
renderWindow->AddRenderer(renderer);
renderWindow->SetSize(100, 100);
renderWindow->Render();
renderWindow->SetWindowName("vtkTriangleFilter");

vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor;
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();

根据之前的思路,使用vtkTriangleFilter将多边形网格数据vtkPolyData转换为三角形网格数据;vtkTriangleFilter使用非常简单,需要将需要转换的vtkPolyData网格数据设置为输入即可。

const int num_points = 5;
double top_left[num_points][3] = {{0.5,0.5,0}, {1,0,0},{1,1,0},{0,1,0},{0,0,0}};
vtkNew<vtkPoints> points;
vtkNew<vtkPolygon> polygon;
polygon->GetPointIds()->SetNumberOfIds(num_points);
for (size_t i = 0; i < num_points; i++){
	points->InsertNextPoint(top_left[i]);
	polygon->GetPointIds()->SetId(i, i);
}

vtkNew<vtkCellArray> cells;
cells->InsertNextCell(polygon);

vtkNew<vtkPolyData> polygonPolyData;
polygonPolyData->SetPoints(points);
polygonPolyData->SetPolys(cells);

vtkNew<vtkTriangleFilter> filter;
filter->SetInputData(polygonPolyData);
filter->Update();

vtkNew<vtkPolyDataMapper> mapper;
mapper->SetInputData(filter->GetOutput());
   
vtkNew<vtkActor> actor;
actor->SetMapper(mapper);
// SetRepresentationToWireframe可以开启显示边框线
actor->GetProperty()->SetRepresentationToWireframe();

vtkNew<vtkRenderer> renderer;
renderer->AddActor(actor);
renderer->SetBackground(0.5, 0.5, 0.5);

vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;
renderWindow->AddRenderer(renderer);
renderWindow->SetSize(100, 100);
renderWindow->Render();
renderWindow->SetWindowName("vtkTriangleFilter");

vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor;
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

renderWindow->Render();
renderWindowInteractor->Start();

对照之前的结果,可以看到边框与绘制效果保持一致;
在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述
这里使用了两个vtkActor,一个用来使用线框显示,一个使用填充显示,填充显示设置透明度为0.5;
使用开头图像的坐标点集合:

const int num_points = 13;
double top_left[num_points][3] = {
	{1,0,0},{1,1,0},{2,0,0},{2,1,0},{3,1,0},{2,1.5,0},{3,2,0},{2,3,0},{1,2,0},{0,2,0},{0,1,0},{0.5,1,0},{0,0,0}
    };

从下图中,可以比之前正方形的更为直观的结果。
出现笔记开始位置的图像的原因是由于采用以第一个点为起点的三角带的处理,每个点都与上一个点和第一个点构成了三角形并填充,出现了将一些拐角位置填充后的现象;图三是将多边形网格细化为三角形网格后的结果,可以看到外部轮廓和填充的效果是一致的。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

#include "pch.h"
#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingVolumeOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkNew.h>
#include <vtkUnstructuredGrid.h>
#include <vtkDataSetMapper.h>
#include <vtkPoints.h>
#include <vtkPolygon.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkTriangleFilter.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkTriangleFilter.h>
#include <vtkDataSetSurfaceFilter.h>

int main(int, char* []){
    const int num_points = 13;
    double top_left[num_points][3] = {
        {1,0,0},{1,1,0},{2,0,0},{2,1,0},{3,1,0},{2,1.5,0},{3,2,0},{2,3,0},{1,2,0},{0,2,0},{0,1,0},{0.5,1,0},{0,0,0}
    };

    vtkNew<vtkUnstructuredGrid> polygonGrid;
    vtkNew<vtkPoints>           polygonPoints;
    vtkNew<vtkPolygon>          polygon;
    vtkNew<vtkDataSetMapper>    polygonMapper;

    // 几何数据 + 拓扑数据
    polygonPoints->SetNumberOfPoints(num_points);
    polygon->GetPointIds()->SetNumberOfIds(num_points);
    for (int i = 0; i < num_points; ++i){
        polygonPoints->SetPoint(i, top_left[i]);
        polygon->GetPointIds()->SetId(i, i);
    }

    polygonGrid->InsertNextCell(polygon->GetCellType(), polygon->GetPointIds());
    polygonGrid->SetPoints(polygonPoints);

    vtkNew<vtkDataSetSurfaceFilter> surface_filter;
    surface_filter->SetInputData(polygonGrid);
    surface_filter->Update();

    vtkNew<vtkTriangleFilter> filter;
    filter->SetInputData(surface_filter->GetOutput());
    filter->Update();
     
    polygonMapper->SetInputConnection(filter->GetOutputPort());
    vtkNew<vtkActor> actor;
    actor->SetMapper(polygonMapper);
    actor->GetProperty()->SetOpacity(0.5);
    vtkNew<vtkActor> actor2;
    actor2->SetMapper(polygonMapper);
    actor2->GetProperty()->SetRepresentationToWireframe();
    actor2->GetProperty()->SetColor(255, 0, 0);
    vtkNew<vtkRenderer> render;
    render->AddActor(actor);
    render->AddActor(actor2);

    vtkNew<vtkRenderWindow> renWin;
    renWin->AddRenderer(render);
    renWin->SetSize(200, 200);
    vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> iren;
    iren->SetRenderWindow(renWin);
    renWin->Render();
    iren->Initialize();
    iren->Start();

    return 0;
}

同样,使用vtkUnstructuredGrid绘制的多边形也存在这种问题,因此,也可以使用vtkTriangleFilter解决这个问题,不过这里需要注意的是vtkTriangleFilter的输入是vtkPolyData类型而不是vtkUnstructuredGrid,需要将vtkUnstructuredGrid类型转换为vtkPolyData类型,这里使用vtkDataSetSurfaceFilter进行转换;
在这里插入图片描述在这里插入图片描述在这里插入图片描述

参考资料

1.OpenGL: 填充非凸多边形
2.Study-VTK:PolyData 和 UnstructuredGrid 相互转换

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