使用 ITK 與 OpenVDB 將影像轉為 VDB 格式教學與範例

介紹如何使用 ITK 與 OpenVDB 將三維立體影像轉換為 VDB 格式。

ITK 與 OpenVDB

若要將一般的三維立體影像（volume image）轉換為 VDB 格式，可以使用 ITK 函式庫讀取各種三維立體影像，然後再使用 OpenVDB 函式庫轉為 VDB 的檔案格式，以下是基本的實作程式碼。

#include <itkImage.h>
#include <itkImageFileReader.h>
#include <itkImageRegionIteratorWithIndex.h>
#include <openvdb/openvdb.h>
#include <iostream>
int main(int argc, char *argv[]) {

  // ----------------------- //
  // 以 ITK 讀取三維立體影像 //
  // ----------------------- //

  constexpr unsigned int Dimension = 3;
  using PixelType = unsigned char;
  using ImageType = itk::Image<PixelType, Dimension>;
  using ReaderType = itk::ImageFileReader<ImageType>;
  using IteratorType = itk::ImageRegionIteratorWithIndex<ImageType>;

  // 讀取影像
  ReaderType::Pointer reader = ReaderType::New();
  reader->SetFileName(argv[1]);
  reader->Update();
  ImageType::Pointer image = reader->GetOutput();

  // 查看影像大小
  ImageType::RegionType region = image->GetLargestPossibleRegion();
  ImageType::SizeType size = region.GetSize();
  std::cout << size << std::endl;

  // -------------------------------------- //
  // 以 OpenVDB 將三維立體影像轉為 VDB 格式 //
  // -------------------------------------- //

  // 初始化 OpenVDB 函式庫（至少必須執行一次，執行多次無妨）
  openvdb::initialize();

  // 建立一個 grid，預設值皆為背景值 0
  openvdb::FloatGrid::Ptr grid = openvdb::FloatGrid::create();

  // 設定 grid 名稱
  grid->setName("density");

  // 取得以座標為基礎的 Accessor
  openvdb::FloatGrid::Accessor accessor = grid->getAccessor();

  // 以有號索引定義座標
  openvdb::Coord xyz;

  // 以 iterator 讀取影像資料
  IteratorType imageIter(image, image->GetRequestedRegion());
  for (imageIter.GoToBegin(); !imageIter.IsAtEnd(); ++imageIter) {
    ImageType::IndexType index = imageIter.GetIndex(); // 取得 ITK 影像索引
    PixelType value = imageIter.Get();                 // 取得 ITK 影像值
    xyz.reset(index[0], index[1], index[2]);           // 設定 OpenVDB 影像座標
    accessor.setValue(xyz, value);                     // 設定 OpenVDB 影像值
    std::cout << "Grid" << xyz << " = " << accessor.getValue(xyz) << std::endl;
  }

  // 建立 grid 容器
  openvdb::GridPtrVec grids;
  grids.push_back(grid);

  // 輸出 VDB 檔案
  openvdb::io::File file(argv[2]);
  file.write(grids);
  file.close();

  return EXIT_SUCCESS;
}

將以上的 C++ 程式碼儲存為 vdb_conv.cpp 之後，還要配合以下的 CMakeLists.txt 設定檔才能編譯。

CMakeLists.txt 設定檔

由於這個程式需要同時使用到 ITK 與 OpenVDB，因此在 CMakeLists.txt 設定檔中就要引入這兩套函式庫，基本的設定內容如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.10.2)
set(CMAKE_VERBOSE_MAKEFILE ON)

# 設定專案名稱
project(VDBConv)

# 尋找並引入 ITK 函式庫
find_package(ITK REQUIRED)
include(${ITK_USE_FILE})

# 尋找並引入 OpenVDB 函式庫
list(APPEND CMAKE_MODULE_PATH "/usr/local/lib/cmake/OpenVDB")
find_package(OpenVDB REQUIRED)

# 增加一個執行檔
add_executable(VDBConv vdb_conv.cpp)

# 設定執行檔連結方式
target_link_libraries(VDBConv ${ITK_LIBRARIES} OpenVDB::openvdb)

編譯與執行

準備好 vdb_conv.cpp 這個 C++ 原始碼與 CMakeLists.txt 設定檔之後，按照一般 CMake 專案的方式編譯：

# 建立編譯目錄
mkdir build

# 編譯專案
cd build
cmake ..
make

編譯完成之後，即可使用此程式將一般的三維立體影像轉為 VDB 檔案了：

# 執行程式
./VDBConv image.tiff output.vdb