介紹如何在 Python 中使用 VTK 的 vtkDiscreteMarchingCubes 將二元遮罩影像轉為 Mesh 網格，並進行平滑化處理。
vtkDiscreteMarchingCubes 建立網格VTK 的 vtkDiscreteMarchingCubes 可以用來將離散型的標示影像（label image）或遮罩影像（mask image）轉為 Mesh 網格：
import vtk import itkwidgets # 讀取二元遮罩影像 reader = vtk.vtkMetaImageReader() reader.SetFileName("structure_477.mha") # 將二元遮罩影像轉為 Mesh 網格 discrete = vtk.vtkDiscreteMarchingCubes() discrete.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) discrete.GenerateValues(1, 1, 1)
vtkWindowedSincPolyDataFilter 網格平滑處理由於使用二元遮罩影像透過 vtkDiscreteMarchingCubes 所產生的網格會有鋸齒狀，因此通常會搭配 vtkWindowedSincPolyDataFilter 將網格做平滑處理：
# 將 Mesh 網格做平滑處理 sinc = vtk.vtkWindowedSincPolyDataFilter() sinc.SetInputConnection(discrete.GetOutputPort()) # 平滑處理疊代次數 sinc.SetNumberOfIterations(50) # 設定 Pass Band（值越小越平滑） sinc.SetPassBand(0.003) # 其他參數設定 #sinc.BoundarySmoothingOn() #sinc.FeatureEdgeSmoothingOn() #sinc.SetFeatureAngle(120.0) #sinc.NonManifoldSmoothingOn() #sinc.NormalizeCoordinatesOn() # 降低 Mesh 網格中的三角形數量 decimate = vtk.vtkQuadricDecimation() decimate.SetInputConnection(sinc.GetOutputPort()) decimate.SetVolumePreservation(True) # 降低比例 decimate.SetTargetReduction(0.95) decimate.Update()
最後以 itkwidgets 顯示網格：
# 顯示結果
itkwidgets.view(geometries = decimate.GetOutput())
vtkSmoothPolyDataFilter 網格平滑處理除了 vtkWindowedSincPolyDataFilter 之外，亦可使用 vtkSmoothPolyDataFilter 來進行網格的平滑處理，其使用拉普拉斯平滑（Laplacian smoothing）演算法來調整每個頂點（vertex）的座標位置，在每一次疊代中，對於每一個頂點 v，先找出所有連接 v 的頂點，將這些頂點座標做平均之後，根據 relaxation factor 所指定的比例來修正 v 的座標。
# 將 Mesh 網格做平滑處理 smoother = vtk.vtkSmoothPolyDataFilter() smoother.SetInputConnection(discrete.GetOutputPort()) # 平滑處理疊代次數 smoother.SetNumberOfIterations(30) # 設定 Relaxation Factor smoother.SetRelaxationFactor(0.6) # 其他參數設定 #smoother.BoundarySmoothingOn() #smoother.FeatureEdgeSmoothingOn() #smoother.SetFeatureAngle(120.0) # 降低 Mesh 網格中的三角形數量 decimate = vtk.vtkQuadricDecimation() decimate.SetInputConnection(smoother.GetOutputPort()) decimate.SetVolumePreservation(True) decimate.SetTargetReduction(0.95) decimate.Update() # 顯示結果 itkwidgets.view(geometries = decimate.GetOutput())
在使用 vtkSmoothPolyDataFilter 做平滑處理時，通常以較小的 relaxation factor 搭配較大的疊代次數會比較穩定。
