什么是裁剪分割

  VTK加载二维数据和三维数据，我们通常观察到的是三视图图像，或者是vtkImageReslice获取到的转换矩阵对应的观察点三视图或者是斜平面图像，想要看到图像中间部分的渲染结果就要借助“手术刀”工具对图像数据进行分割裁剪，去掉不重要数据，将重要的脏器或者病灶暴露出来；
  与抽取轮廓类似，裁剪也是指获取数据集中的部分数据。不过裁剪是从一个完全不同的角度来处理的。裁剪可以控制数据获取的区域，而抽取轮廓做不到这一点。
  裁剪操作需要的一把“刀”——隐函数，用来完成切割的操作，并且要指定裁剪的位置——裁剪值。给定这个两个参数后，就确定了切面——隐函数对应的的函数曲面。裁剪的处理过程是首先将数据集中的点坐标带入隐函数中进行计算，然后将计算出的函数值等于裁剪值得部分（包括属性数据）取出来，即已知函数值，求自变量。可以看出裁剪是基于坐标的操作。注意：数据被“刀”分成了两部分：裁下的部分和裁掉的部分。默认只产生裁下的部分这一个输出。

vtkClipPolyData

  vtkClipPolyData使用用户指定的隐式函数（user-specified implicit function）或输入标量数据（input scalar data）剪裁多边形数据；
  vtkClipPolyData是一种Filter，接受vtkImplicitFunction派生出的任何子类或者标量数据集，vtkClipPolyData实现的剪切功能实际上“剪切”数据集的单元格，返回指定隐式函数（或大于标量值）内的所有内容，包括单元格的“片段”(将此与vtkExtractGeometry进行比较，该几何图形将拉出整个未切割单元格。）此筛选器的输出为多边形数据（vtkPolyData）。
  要使用此Filter，必须决定是否使用隐式函数剪裁，还是使用输入标量数据。
  如果要使用隐式函数进行剪裁，必须：
    1）定义隐式函数
    2）使用SetClipFunction方法设置它
    3）如果未指定ClipFunction，则使用方法GenerateClipScalarsOn开启，或者是GenerateClipScalars关闭（默认值），则将使用输入的标量数据来剪裁多数据。
  可以指定标量值，该值用于决定隐式函数的内部和外部是什么。
  可以通过设置不同输出，选择那部分数据是被裁剪下的(切割算法通过计算隐式函数值或使用数据集中每个点的输入标量数据来进行。这与用于确定内部/外部的标量值进行比较。），对外显示出的效果就截然不同；
  vtkClipPolyData可以配置为计算第二个输出。第二个输出是被剪裁的多边形数据。如果要访问此输出数据，需要将布尔值GenerateClippedData设置为on。
  注意：为了在多边形数据中剪切所有类型的单元格，vtkClipPolyData将一些单元格三角化，然后剪切结果的简化（即点、线和三角形）。这意味着，结果输出可能包含不同于输入数据的单元格类型。在之前VTK版本中，需要手动添加vtkTriangleFilter来忽略多边形始末端重复的点，并对其三角化；

接口

裁剪隐函数

  SetClipFunction方法接收vtkImplicitFunction类型的派生子类指针；如果未定义隐式函数，则将使用输入的标量数据进行剪裁。

vtkImplicitFunction* ClipFunction;
virtual void SetClipFunction(vtkImplicitFunction*);
vtkGetObjectMacro(ClipFunction, vtkImplicitFunction);

剪裁值

  隐式函数的剪裁值（如果使用隐式函数剪裁时，该值为剪裁值）或标量值（如果使用标量剪裁，该值为标量值）。默认值为0.0。

double Value;
vtkSetMacro(Value, double);
vtkGetMacro(Value, double);

内部输出标志

  该值被设置为禁用时，如果隐式函数的值大于值ivar，则会在隐式函数中考虑顶点。启用“内部输出”时，如果隐式函数的隐式函数值小于或等于值ivar，则会在隐式函数中考虑顶点。默认情况下，InsideOut处于关闭状态。

vtkTypeBool InsideOut;
vtkSetMacro(InsideOut, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(InsideOut, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(InsideOut, vtkTypeBool);

GenerateClipScalars标志

  如果启用此标志，则输出标量值将从隐式函数值中插值，而不是从输入标量数据中插值。
如果启用此标志但不提供隐式函数，则会报告错误。默认情况下，GenerateClipScalars处于禁用状态。

vtkTypeBool GenerateClipScalars;
vtkSetMacro(GenerateClipScalars, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(GenerateClipScalars, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(GenerateClipScalars, vtkTypeBool);

对外输出

  GenerateClippedOutput用于控制是否生成第二个输出。第二个输出包含被剪裁掉的多边形数据。默认情况下，GenerateClippedOutput处于禁用状态。
  GetClippedOutputPort和GetClippedOutput用来输出第二个输出，是被剪裁掉的多边形数据。
  GetOutput方法和GetOutputPort方法用来输出裁剪后剩余的多边形数据，是第一个输出。

vtkTypeBool GenerateClippedOutput;
vtkSetMacro(GenerateClippedOutput, vtkTypeBool);
vtkGetMacro(GenerateClippedOutput, vtkTypeBool);
vtkBooleanMacro(GenerateClippedOutput, vtkTypeBool);  
vtkPolyData* GetClippedOutput();  
vtkAlgorithmOutput* GetClippedOutputPort() {
     return this->GetOutputPort(1); }

对外输出数据精度

  OutputPointsPrecision记录了对外输出数据精度类型，对应vtkAlgorithm::DesiredOutputPrecision中的SINGLE_PRECISION、
DOUBLE_PRECISION以及DEFAULT_PRECISION。

int OutputPointsPrecision;
vtkSetMacro(OutputPointsPrecision, int);
vtkGetMacro(OutputPointsPrecision, int);

示例

裁剪牛-官方示例

  场景中有三个Actor，分别是裁剪后牛剩余部分，裁剪掉的部分以及裁剪隐式函数的刨面部分；
  这里使用的是一个裁剪平面，是vtkPlane，vtkPlane继承自vtkImplicitFunction，定义了一个平面；
  使用vtkClipPolyData类的SetClipFunction方法设定裁剪平面。

#pragma once
#include "vtk_include.h"
#include <vtkActor.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkClipPolyData.h>
#include <vtkDataSetMapper.h>
#include <vtkFeatureEdges.h>
#include <vtkNamedColors.h>
#include <vtkNew.h>
#include <vtkPlane.h>
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkStripper.h>
#include <vtkXMLPolyDataReader.h>

// Readers
#include <vtkBYUReader.h>
#include <vtkOBJReader.h>
#include <vtkPLYReader.h>
#include <vtkPolyDataReader.h>
#include <vtkSTLReader.h>
#include <vtkXMLPolyDataReader.h>
namespace {
    
	vtkSmartPointer<vtkPolyData> ReadPolyData(std::string const& fileName)
	{
    
		vtkSmartPointer<vtkPolyData> polyData;
		std::string extension = "";
		if (fileName.find_last_of(".") != std::string::npos){
    
			extension = fileName.substr(fileName.find_last_of("."));
		}
		// Make the extension lowercase
		std::transform(extension.begin(), extension.end(), extension.begin(),::tolower);
		if (extension == ".ply"){
    
			vtkNew<vtkPLYReader> reader;
			reader->SetFileName(fileName.c_str());
			reader->Update();
			polyData = reader->GetOutput();
		}
		else if (extension == ".vtp"){
    
			vtkNew<vtkXMLPolyDataReader> reader;
			reader->SetFileName(fileName.c_str());
			reader->Update();
			polyData = reader->GetOutput();
		}
		else if (extension == ".obj"){
    
			vtkNew<vtkOBJReader> reader;
			reader->SetFileName(fileName.c_str());
			reader->Update();
			polyData = reader->GetOutput();
		}
		else if (extension == ".stl"){
    
			vtkNew<vtkSTLReader> reader;
			reader->SetFileName(fileName.c_str());
			reader->Update();
			polyData = reader->GetOutput();
		}
		else if (extension == ".vtk"){
    
			vtkNew<vtkPolyDataReader> reader;
			reader->SetFileName(fileName.c_str());
			reader->Update();
			polyData = reader->GetOutput();
		}
		else if (extension == ".g"){
    
			vtkNew<vtkBYUReader> reader;
			reader->SetGeometryFileName(fileName.c_str());
			reader->Update();
			polyData = reader->GetOutput();
		}
		else{
    
			// Return a polydata sphere if the extension is unknown.
			vtkNew<vtkSphereSource> source;
			source->SetThetaResolution(20);
			source->SetPhiResolution(11);
			source->Update();
			polyData = source->GetOutput();
		}
		return polyData;
	}
} // namespace
class Test_Clip_cow {
    
public:
	static void Test() {
    
		vtkNew<vtkNamedColors> colors;
		auto backgroundColor = colors->GetColor3d("steel_blue");
		auto boundaryColor = colors->GetColor3d("banana");
		auto clipColor = colors->GetColor3d("tomato");
		// PolyData to process
		auto polyData = ReadPolyData("G:\\Data\\cow.g");

		vtkNew<vtkPlane> plane;
		plane->SetOrigin(polyData->GetCenter());
		plane->SetNormal(1.0, -1.0, -1.0);

		vtkNew<vtkClipPolyData> clipper;
		clipper->SetInputData(polyData);
		clipper->SetClipFunction(plane);
		clipper->GenerateClipScalarsOn();
		clipper->GenerateClippedOutputOn();
		clipper->SetValue(0.5);
		clipper->Update();

		polyData = clipper->GetOutput();

		vtkNew<vtkDataSetMapper> clipMapper;
		clipMapper->SetInputData(polyData);
		clipMapper->ScalarVisibilityOff();

		vtkNew<vtkActor> clipActor;
		clipActor->SetMapper(clipMapper);
		clipActor->GetProperty()->SetDiffuseColor(clipColor.GetData());
		clipActor->GetProperty()->SetInterpolationToFlat();
		clipActor->GetProperty()->EdgeVisibilityOn();

		// Now extract feature edges
		vtkNew<vtkFeatureEdges> boundaryEdges;
		boundaryEdges->SetInputData(polyData);
		boundaryEdges->BoundaryEdgesOn();
		boundaryEdges->FeatureEdgesOff();
		boundaryEdges->NonManifoldEdgesOff();
		boundaryEdges->ManifoldEdgesOff();

		vtkNew<vtkStripper> boundaryStrips;
		boundaryStrips->SetInputConnection(boundaryEdges->GetOutputPort());
		boundaryStrips->Update();

		// Change the polylines into polygons
		vtkNew<vtkPolyData> boundaryPoly;
		boundaryPoly->SetPoints(boundaryStrips->GetOutput()->GetPoints());
		boundaryPoly->SetPolys(boundaryStrips->GetOutput()->GetLines());

		vtkNew<vtkPolyDataMapper> boundaryMapper;
		boundaryMapper->SetInputData(boundaryPoly);

		vtkNew<vtkActor> boundaryActor;
		boundaryActor->SetMapper(boundaryMapper);
		boundaryActor->GetProperty()->SetDiffuseColor(boundaryColor.GetData());

		vtkNew<vtkPolyDataMapper> restMapper;
		restMapper->SetInputConnection(clipper->GetClippedOutputPort());
		restMapper->ScalarVisibilityOff();
		vtkNew<vtkActor> restActor;
		restActor->SetMapper(restMapper);
		restActor->GetProperty()->SetRepresentationToWireframe();

		// Create graphics stuff
		vtkNew<vtkRenderer> renderer;
		renderer->SetBackground(backgroundColor.GetData());
		renderer->UseHiddenLineRemovalOn();

		vtkNew<vtkRenderWindow> renderWindow;
		renderWindow->AddRenderer(renderer);
		renderWindow->SetSize(640, 480);

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

		// Add the actors to the renderer, set the background and size
		renderer->AddActor(clipActor);
		renderer->AddActor(boundaryActor);
		renderer->AddActor(restActor);
		// Generate an interesting view
		renderer->ResetCamera();
		renderer->GetActiveCamera()->Azimuth(30);
		renderer->GetActiveCamera()->Elevation(30);
		renderer->GetActiveCamera()->Dolly(1.2);
		renderer->ResetCameraClippingRange();

		renderWindow->Render();
		renderWindow->SetWindowName("CapClip");
		renderWindow->Render();

		interactor->Start();
	}
};

参考资料

1.《医学图像编程技术》
2.CapClip
3.VTK体切割动画