c++ - VTK 工具包 - vtkCutter 性能

Question

我使用 VTK Toolkit 加载 OBJ 文件，并使用 vtkCutter 通过播放来剪切数据集，然后绘制剪切的轮廓。对于大型对象，这可能会变得相当慢，正如另一位用户在 VTK Users Forum 中指出的那样。

有没有办法让刀具使用分层数据结构来获得更好的性能？

这是代码:

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkCubeSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkPlane.h>
#include <vtkCutter.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkOBJReader.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    // Parse command line arguments
    if (argc != 2) {
        std::cout << "Usage: " << argv[0] << " Filename(.obj)" << std::endl;
        return EXIT_FAILURE;
    }

    std::string filename = argv[1];
    vtkSmartPointer<vtkOBJReader> obj = vtkSmartPointer<vtkOBJReader>::New();
    obj->SetFileName(filename.c_str());
    obj->Update();

    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(obj->GetOutputPort());

    // Create a plane to cut,here it cuts in the XZ direction (xz normal=(1,0,0);XY =(0,0,1),YZ =(0,1,0)
    vtkSmartPointer<vtkPlane> plane = vtkSmartPointer<vtkPlane>::New();
    plane->SetOrigin(0, 0, 0);
    plane->SetNormal(1, 0, 0);

    // Create cutter
    vtkSmartPointer<vtkCutter> cutter = vtkSmartPointer<vtkCutter>::New();
    cutter->SetCutFunction(plane);
    cutter->SetInputConnection(obj->GetOutputPort());
    cutter->Update();

    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> cutterMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    cutterMapper->SetInputConnection(cutter->GetOutputPort());

    // Create plane actor
    vtkSmartPointer<vtkActor> planeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    planeActor->GetProperty()->SetColor(1.0, 1, 0);
    planeActor->GetProperty()->SetLineWidth(2);
    planeActor->SetMapper(cutterMapper);

    // Create cube actor
    vtkSmartPointer<vtkActor> cubeActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    cubeActor->GetProperty()->SetColor(0.5, 1, 0.5);
    cubeActor->GetProperty()->SetOpacity(0.5);
    cubeActor->SetMapper(mapper);

    // Create renderers and add actors of plane and cube
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(planeActor); //display the rectangle resulting from the cut
    renderer->AddActor(cubeActor); //display the cube

    // Add renderer to renderwindow and render
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    renderWindow->SetSize(600, 600);

    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> interactor = vtkSmartPointer<
            vtkRenderWindowInteractor>::New();
    interactor->SetRenderWindow(renderWindow);
    renderer->SetBackground(0, 0, 0);
    renderWindow->Render();

    interactor->Start();

    return EXIT_SUCCESS;
}

Answer 1

vtkCutter 使用任意复杂的 func(x,y,z) 对网格进行切片，并在此处使用一个简单的平面来描述该函数，这是一个常见且良好覆盖的特殊情况，因为切割线位于一个简单的平面上，因此将是一个简单的(平坦的)多边形。

• 这些通用实现通常会消耗大量 CPU 时间，因为所有多边形切割的特殊情况都预计会在 vtkCutter 的情况下发生。
• 在 VTK 的庞大类层次结构中调用虚拟函数也会导致速度减慢。如果没有特殊的技巧，它完全依赖于编译器来优化循环外的虚拟函数指针查找，而 VTK 在一个或多个嵌套循环中多次调用虚拟函数(例如过滤函数)。 相关信息请参阅:about the cost of virtual function
• VTK 几乎在任何地方都使用 double，即使可以使用 float。转换和高精度也会增加一些计算和内存开销。
• VTK (5.8) 并未明确涉及 SSE 等 SIMD 操作，据我所知。
• ...

搜索如下主题:

• Algorithm or software for slicing a mesh
• Generate 2D cross-section polygon from 3D mesh .

尽管在 CPU 上执行此操作，但也可以在变换反馈 channel 中使用 OpenGL 几何着色器来提取由切割平面确定的切割轮廓。在 OpenCL 中执行此操作也是可能的，但是，如果没有可用的基于 GPU 的计算设备，它可能会比 C 或 C++ 实现慢。

要渲染网格，可以使用任何支持 OpenGL 3+ 的渲染器:

• Ogre3D
• Unity3D
• Irrlicht
• OSG
• 一个简单的自制 OpenGL 3 渲染器。
• ...

更多:What is the best way to have realtime 3D rendering in an engineering application?