【VTK+有限元后处理】实时剖切视图

目的

实现后处理结果云图的平面剖切视图。

方法

通过使用vtkPlaneWidget控件交互，得到剖切平面，通过vtkClipDataSet完成对vtkUnstructuredGrid有限元结果数据的剖切操作。渲染管线如下图所示$^{[1]}$。

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代码实现

首先，我们先写一个创建vtkPlaneWidget控件的方法。

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def clipFEModel_planeWidget(self, ugrid):
    # 三维切割平面控件构建
    self.planeWidget = vtk.vtkPlaneWidget()
    self.planeWidget.SetInteractor(self.interactor)  # 与交互器关联
    self.planeWidget.SetInputData(ugrid)  # 设置数据集，用于初始化平面，可以不设置
    self.planeWidget.SetResolution(1)  # 即：设置网格数
    self.planeWidget.GetPlaneProperty().SetColor(.2, .8, 0.1)  # 设置颜色
    self.planeWidget.GetPlaneProperty().SetOpacity(1)  # 设置透明度
    self.planeWidget.GetPlaneProperty().SetLineWidth(4)
    self.planeWidget.GetHandleProperty().SetColor(0, .4, .7)  # 设置平面顶点颜色
    self.planeWidget.GetHandleProperty().SetPointSize(1)
    self.planeWidget.GetHandleProperty().SetLineWidth(1)  # 设置平面线宽
    self.planeWidget.NormalToZAxisOn()  # 初始法线方向平行于Z轴
    self.planeWidget.SetRepresentationToWireframe()  # 平面显示为网格属性 SetRepresentationToSurface()
    self.planeWidget.SetCenter(ugrid.GetCenter())  # 设置平面坐标
    self.planeWidget.SetPlaceFactor(1.0)
    self.planeWidget.PlaceWidget()  # 放置平面
    self.planeWidget.On()  # 显示平面

    #  设置vtkPlaneCallback
    self.planeWidget.AddObserver(vtk.vtkCommand.InteractionEvent, vtkPlaneCall(self, ugrid))

上面代码中，通过self.planeWidget.AddObserver(vtk.vtkCommand.InteractionEvent, vtkPlaneCall(self, ugrid))，设置了平面控件的回调函数，传入ugrid参数，即我们的vtkUnstructuredGrid有限元剖切对象。回调类vtkPlaneCall定义如下：

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class vtkPlaneCall:
    def __init__(self, sceneManager, ugrid):
        self.sceneManager = sceneManager
        self.ugrid = ugrid
        self.clippingPlane = vtk.vtkPlane()  # 剖切平面

    def __call__(self, caller, ev):
        caller.GetPlane(self.clippingPlane)  # 得到当前planeWidget的平面，作为剖切平面

        clipper = vtk.vtkClipDataSet()
        clipper.SetClipFunction(self.clippingPlane)  # 设置剖切方法为平面剖切
        clipper.SetInputData(self.ugrid)  # 设置剖切对象
        # clipper.SetValue(0.0)
        clipper.GenerateClippedOutputOn()
        clipper.Update()

        insideMapper = vtk.vtkDataSetMapper()
        insideMapper.SetInputData(clipper.GetOutput())
        insideMapper.ScalarVisibilityOn()

        self.sceneManager.drawOutline(self.ugrid)

        # clippedMapper = vtk.vtkDataSetMapper()
        # clippedMapper.SetInputData(clipper.GetClippedOutput())
        # clippedMapper.ScalarVisibilityOn()

        scalarRange = clipper.GetOutput().GetPointData().GetScalars().GetRange()
        title = clipper.GetOutput().GetPointData().GetScalars().GetName()
        self.sceneManager.drawScalarField(insideMapper, scalarRange, title)
        self.sceneManager.display()

这里的sceneManager参数为显示管理类，主要用于可视化渲染。drawScalarField函数为云图绘制函数，具体实现细节参加：【VTK+有限元后处理】可视化结果云图。

结果

![GIF 2022-11-19 16-18-47](D:\OneDrive\桌面\GIF 2022-11-19 16-18-47.gif)

参考

[1] 陈航. 基于Qt和VTK的铸造有限元后处理可视化系统研发[D]. 湖北:华中科技大学,2018. DOI:10.7666/d.D01542051.