0 导学
目的： 掌握利用三维效果表达科学和工程数据的能力
传播一种思想： 可视化技术是数据之眼
内容组织：
流体数据的标量可视化、矢量可视化实例
三维扫描数据（模型/地形）可视化实例
三维地球场景可视化实例
曲线UI交互控制可视化实例
1 基础运用
科学计算可视化的主要方法：
二维标量数据场：颜色映射法、等值线方法、立体图法和层次分割法
三维标量数据场：面绘制方法、体绘制方法
矢量数据场：直接法（箭头、线段、色轮等手段表示矢量数据）、流线法
应用领域：地球科学、大气科学、医学/生命科学、生物/分子科学、航空/航天/工业、化工/化学、物理/力学、人类/考古、地址勘探等
1.1 TVTK入门
TVTK库是在标准VTK库之上用traits进行了封装，因此可以查看VTK库文档https://vtk.org/doc/nightly/html/annotated.html
TVTK库中类名去除了前缀vtk
函数名按照Python惯例，采用下划线连接单词，如AddItem->add_item
VTK对象的方法在TVTK中用Trait属性替代，例如VTK中m.SetInputConnection(c.GetOutputPort())，TVTK中m.input_connection(c.output_port)
安装：
conda install vtk
conda install numpy
conda install traits
conda install mayavi
conda install PyQt
或者从https://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/下载对应用whl文件pip安装
安装完测试下
bash;gutter:true;
from tvtk.tools import tvtk_doc
tvtk_doc.main()</p>
<pre><code>
;gutter:true;
In[3]: from tvtk.api import tvtk
In[4]: s = tvtk.CubeSource(x_length=1.0,y_length=2.0,z_length=3.0)
In[5]: print(s)
vtkCubeSource (000001A7ACDECA70)
Debug: Off
Modified Time: 132
Reference Count: 2
Registered Events:
Registered Observers:
vtkObserver (000001A7B0699C20)
Event: 33
EventName: ModifiedEvent
Command: 000001A7B097C560
Priority: 0
Tag: 1
Executive: 000001A7B0418800
ErrorCode: No error
Information: 000001A7AD8034D0
AbortExecute: Off
Progress: 0
Progress Text: (None)
X Length: 1
Y Length: 2
Z Length: 3
Center: (0, 0, 0)
Output Points Precision: 0
创建一个基本三维对象
s = tvtk.CubeSource(traits)
s表示对象变量，返回一个三维对象实例
tvtk.CubeSource是一个构造函数，构造具有一定traits属性的长方体数据源对象
什么是traits，英文意思的属性，由于python变量没有类型，导致实际操作中遇到了些不便利，traits库可以为python添加类型定义，由于tvtk正是在vtk上用traits库进行的封装形式，为了更简单的理解， 我们可以认为traits就是tvtk对象的属性
bash;gutter:true;
In[3]: from tvtk.api import tvtk
In[4]: s = tvtk.ConeSource(height=3.0,radius=1.0,resolution=36)
In[5]: s.height
Out[5]: 3.0
In[6]: s.radius
Out[6]: 1.0
In[7]: s.resolution
Out[7]: 36
In[8]: s.center
Out[8]: array([0., 0., 0.])
In[9]: print(s)
vtkConeSource (000002CC5566E290)
Debug: Off
Modified Time: 134
Reference Count: 2
Registered Events:
Registered Observers:
vtkObserver (000002CC572346C0)
Event: 33
EventName: ModifiedEvent
Command: 000002CC573449D0
Priority: 0
Tag: 1
Executive: 000002CC56FFA700
ErrorCode: No error
Information: 000002CC5722B540
AbortExecute: Off
Progress: 0
Progress Text: (None)
Resolution: 36
Height: 3
Radius: 1
Capping: On
Center: (0, 0, 0)
Direction: (1, 0, 0)
Output Points Precision: 0</p>
<pre><code>
#### 显示一个三维对象
;gutter:true;
from tvtk.api import tvtk
创建一个长方体数据源，并且同时设置其长宽高
s = tvtk.CubeSource(x_length=1.0, y_length=2.0, z_length=3.0)
使用PolyDataMapper将数据转换为图形数据
m = tvtk.PolyDataMapper(input_connection=s.output_port)
创建一个Actor
a = tvtk.Actor(mapper=m)
创建一个Renderer，将Actor添加进去
r = tvtk.Renderer(background=(0, 0, 0))
r.add_actor(a)
创建一个RenderWindow(窗口)，将Renderer添加进去
w = tvtk.RenderWindow(size=(300, 300))
w.add_renderer(r)
创建一个RenderWindowInteractor（窗口的交互工具)
i = tvtk.RenderWindowInteractor(render_window=w)
开启交互
i.initialize()
i.start()
将长方体数据转化为三维图像运用了什么技术？
管线(Pipeline)，对象之间协调完成工作的过程,需要众多的的TVTK对象共同协调完成，如tvtk.CubeSource、tvtk.PolyDataMapper、tvtk.Actor、tvtk.Renderer、tvtk.RenderWindow、tvtk.RenderWindowInteractor
1.2 TVTK管线与数据加载
管线基本流程
几乎所有渲染引擎都会涉及管线技术，TVTK管线分为2部分，其中：
可视化管线：将原始数据加工为图形数据的过程
IVTK工具观察管线
bash;gutter:true;
from tvtk.api import tvtk
from tvtk.tools import ivtk
from pyface.api import GUI</p>
<p>s = tvtk.CubeSource(x_length=1.0, y_length=2.0, z_length=3.0)
m = tvtk.PolyDataMapper(input_connection=s.output_port)
a = tvtk.Actor(mapper=m)</p>
<h1>创建一个带Crust（Python Shell）的窗口</h1>
<p>gui = GUI()
win = ivtk.IVTKWithCrustAndBrowser()
win.open()
win.scene.add_actor(a)</p>
<h1>开始界面消息循环</h1>
<p>gui.start_event_loop()</p>
<pre><code>
由于版本过高，from tvtk.tools import ivtk，这句出现错误。。。
#### TVTK数据集
数据集，包括点与数据，点之间有连接和非连接关系，多个相关的点组成单元，点的连接有隐式和显示，数据有标量和矢量
**ImageData**表示二维或三维图像的数据结构，可以简单的理解为二维或三维数组，特点是在数组中存放数据，点位于正交且等距的网格上，我们不需要给出坐标，点之间的连接关系由它们在数组中的位置确定，点的连接关系是隐性的
;gutter:true;
from tvtk.api import tvtk
img = tvtk.ImageData(spacing=(1,1,1),origin=(1,2,3),dimensions=(3,4,5))
print(img.get_point(0))
for n in range(6):
print("%.1f,%.1f,%.1f"% img.get_point(n))
RectilinearGrid:间距不均匀的网格，所有点都在正交的网格上
bash;gutter:true;
from tvtk.api import tvtk
import numpy as np</p>
<p>x = np.array([0,3,9,15])
y = np.array([0,1,5])
z = np.array([0,2,3])
r = tvtk.RectilinearGrid()
r.x_coordinates = x
r.y_coordinates = y
r.z_coordinates = z
r.dimensions = len(x),len(y),len(z)</p>
<pre><code>
由于这些信息都要用户设置，因此用程序创建PolyData比较繁琐，TVTK很多三维模型可以输出PolyData对象
#### TVTK数据加载
大多数可视化数据并非是TVTK库中构建，而是通过接口读取外部数据文件
TVTK库继承关系
;gutter:true;
from tvtk.api import tvtk
from tvtkfunc import ivtk_scene,event_loop
s = tvtk.STLReader(file_name = "python.stl")
m = tvtk.PolyDataMapper(input_connection = s.output_port)
a = tvtk.Actor(mapper = m)
win = ivtk_scene(a)
win.scene.isometric_view()
event_loop()
bash;gutter:true;
from tvtk.api import tvtk</p>
<p>def read_data():# 读入数据
plot3d = tvtk.MultiBlockPLOT3DReader(
xyz_file_name="combxyz.bin",#网格文件
q_file_name="combq.bin",#空气动力学结果文件
scalar_function_number=100,#设置标量数据数量
vector_function_number=200#设置矢量数据数量
)
plot3d.update()
return plot3d</p>
<p>plot3d = read_data()
grid = plot3d.output.get_block(0)
待续
Original: https://www.cnblogs.com/yongestcat/p/12023470.html
Author: 九命猫幺
Title: 【学习笔记】Python科学计算三维可视化(黄天羽、嵩天)（学习中。。）
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