VTK: The Visualiza.on Toolkit Part II: Visualiza.on Model - PowerPoint PPT Presentation

VTK: ¡The ¡Visualiza.on ¡Toolkit ¡ Part ¡II: ¡Visualiza.on ¡Model ¡ Han-­‑Wei ¡Shen ¡ The ¡Ohio ¡State ¡University ¡ ¡

VTK ¡Visualiza.on ¡Model ¡ • Graphics ¡and ¡Visualiza.on ¡Model ¡ – Graphics ¡model: ¡rendering ¡ – Visualiza.on ¡model: ¡transforma.on ¡and ¡ representa.on ¡ ¡ Data Flow System: Pipeline execution Data source Visualization Graphics

The ¡Role ¡of ¡Visualiza.on ¡Model ¡ • ¡Conver.ng ¡data ¡from ¡its ¡original ¡form ¡into ¡graphical ¡form ¡ ¡ • ¡Deal ¡with ¡the ¡issues ¡of ¡ transforma)on ¡and ¡ representa)on ¡ • ¡Representa.on: ¡internal ¡data ¡structures ¡ ¡ • ¡Transforma.on: ¡data ¡to ¡graphics ¡ ¡ ¡ ¡Example: ¡stock ¡price ¡display ¡ ¡ Internal ¡(computa.onal) ¡representa.on: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Arrays ¡of ¡stock ¡prices ¡ Price[i] ¡= ¡17100, ¡16950, ¡17073, ¡17050,… ¡ ¡ Time[i] ¡= ¡10, ¡10:30, ¡11, ¡11:30, ¡12, ¡… ¡ ¡ Graphical ¡Representa.on: ¡ ¡x-­‑y ¡plot ¡ ¡

3D ¡Plot ¡Example ¡ ¡ Quadric function: f(x,y,z) = a 0 x + a 1 y + a 2 z + a 3 xy + a 4 yz + a 5 xz + a 6 x 2 + a 7 y 2 + a 8 z 2

3D ¡Plot ¡Example ¡ ¡ Quadric function: f(x,y,z) = a 0 x + a 1 y + a 2 z + a 3 xy + a 4 yz + a 5 xz + a 6 x 2 + a 7 y 2 + a 8 z 2 • Evaluate ¡the ¡func.on ¡at ¡a ¡ pre-­‑determined ¡x,y,z ¡ samples ¡

3D ¡Plot ¡Example ¡ ¡ Quadric function: f(x,y,z) = a 0 x + a 1 y + a 2 z + a 3 xy + a 4 yz + a 5 xz + a 6 x 2 + a 7 y 2 + a 8 z 2 • Evaluate ¡the ¡func.on ¡at ¡a ¡ X ¡ Y ¡ Z ¡ f ¡ pre-­‑determined ¡x,y,z ¡ 0 ¡ 0 ¡ 0 ¡ samples ¡ 1 ¡ 0 ¡ 0 ¡ • Store ¡the ¡func.on ¡values ¡ 2 ¡ 0 ¡ 0 ¡ into ¡a ¡3D ¡array ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ … ¡ … ¡ … ¡

3D ¡Plot ¡Example ¡ ¡ Quadric function: f(x,y,z) = a 0 x + a 1 y + a 2 z + a 3 xy + a 4 yz + a 5 xz + a 6 x 2 + a 7 y 2 + a 8 z 2 • Evaluate ¡the ¡func.on ¡at ¡a ¡ X ¡ Y ¡ Z ¡ f ¡ pre-­‑determined ¡x,y,z ¡ 0 ¡ 0 ¡ 0 ¡ samples ¡ 1 ¡ 0 ¡ 0 ¡ • Store ¡the ¡func.on ¡values ¡ 2 ¡ 0 ¡ 0 ¡ into ¡a ¡3D ¡array ¡ ¡ ¡ • Generate ¡a ¡3D ¡surface ¡ … ¡ … ¡ … ¡ corresponding ¡to ¡f(x,y,z) ¡= ¡c ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(this ¡is ¡called ¡an ¡isosurface) ¡ ¡ Find all (x,y,z) f(x,y,z) = c

3D ¡Plot ¡Example ¡ ¡ Quadric function: f(x,y,z) = a 0 x + a 1 y + a 2 z + a 3 xy + a 4 yz + a 5 xz + a 6 x 2 + a 7 y 2 + a 8 z 2 • Evaluate ¡the ¡func.on ¡at ¡a ¡ X ¡ Y ¡ Z ¡ f ¡ pre-­‑determined ¡x,y,z ¡ 0 ¡ 0 ¡ 0 ¡ samples ¡ 1 ¡ 0 ¡ 0 ¡ • Store ¡the ¡func.on ¡values ¡ 2 ¡ 0 ¡ 0 ¡ into ¡a ¡3D ¡array ¡ ¡ ¡ • Generate ¡a ¡3D ¡surface ¡ … ¡ … ¡ … ¡ corresponding ¡to ¡f(x,y,z) ¡= ¡c ¡ F[x][y][z] = f(x,y,z) ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡(this ¡is ¡called ¡an ¡isosurface) ¡ ¡ Display ¡the ¡surfac e ¡ • Transformation Find all (x,y,z) f(x,y,z) = c (visualization)

VTK ¡Visualiza.on ¡Model ¡ How ¡is ¡a ¡visualiza.on ¡process ¡described ¡in ¡VTK? ¡ Visualiza.on ¡pipeline: ¡ ¡It ¡describes ¡the ¡flow ¡of ¡data ¡from ¡its ¡ original ¡form ¡to ¡the ¡final ¡image ¡output ¡ ¡ Visualiza.on ¡Pipeline ¡= ¡ ¡ ¡ ¡Func.on ¡Model ¡+ ¡Object ¡Model ¡ ¡ • Func.on ¡model: ¡Transforma.on ¡ – steps ¡to ¡create ¡visualiza.on ¡(how ¡ ¡data ¡flow ¡through ¡ the ¡system) ¡ • Object ¡model: ¡objects ¡that ¡par.cipate ¡in ¡the ¡func.on ¡ model ¡ ¡ – processes ¡and ¡internal ¡data ¡structures ¡

VTK ¡Func.on ¡Model ¡ ¡ • ¡Func.on ¡model ¡is ¡to ¡Illustrate ¡ Sample F(x,y,z) the ¡steps ¡to ¡create ¡visualiza.on ¡ Point Array Extract Surface : process : data Polygon : data flow direction Display

VTK ¡Object ¡Model ¡ Describe ¡the ¡objects ¡that ¡par.cipate ¡in ¡the ¡func.on ¡ model ¡(visualiza.on ¡pipeline) ¡

VTK ¡Object ¡Model ¡ Describe ¡the ¡objects ¡that ¡par.cipate ¡in ¡the ¡func.onal ¡ model ¡(visualiza.on ¡pipeline) ¡ • Process ¡Object: ¡Operates ¡on ¡(transform) ¡the ¡data ¡objects ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-­‑ ¡Example: ¡genera.ng ¡surfaces ¡from ¡F(x,y,z) ¡ ¡

VTK ¡Object ¡Model ¡ Describe ¡which ¡objects ¡operate ¡on ¡the ¡func.onal ¡ model ¡(visualiza.on ¡pipeline) ¡ • Process ¡Object: ¡Operates ¡on ¡(transform) ¡the ¡data ¡objects ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-­‑ ¡Example: ¡genera.ng ¡surfaces ¡from ¡F(x,y,z) ¡ ¡ • ¡Data ¡Object: ¡Represent ¡ informa)on ¡and ¡ methods ¡to ¡create, ¡ access, ¡and ¡delete ¡the ¡informa.on ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡-­‑ ¡Example: ¡the ¡3D ¡point ¡array ¡F(x,y,z) ¡ ¡

Process ¡Objects ¡ • Source: ¡ ¡Interface ¡to ¡external ¡data ¡sources ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡or ¡generate ¡data ¡procedurally ¡ Visualization model Graphics model Source Filter Mapper Actor Renderer

Process ¡Objects ¡ • Source: ¡ ¡Interface ¡to ¡external ¡data ¡sources ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡or ¡generate ¡data ¡procedurally ¡ • ¡ ¡Filter: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Transform ¡the ¡data ¡input ¡ ¡ Visualization model Graphics model Source Filter Mapper Actor Renderer

Process ¡Objects ¡ • Source: ¡ ¡Interface ¡to ¡external ¡data ¡sources ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡or ¡generate ¡data ¡procedurally ¡ • ¡ ¡Filter: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Transform ¡the ¡data ¡input ¡ ¡ • ¡ ¡Mapper: ¡ ¡The ¡sink ¡of ¡the ¡func.onal ¡model, ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡interface ¡with ¡the ¡graphics ¡model ¡ Visualization model Graphics model Source Filter Mapper Actor Renderer

Process ¡Objects ¡(cont’d) ¡ Source Sample F(x,y,z) Point Array Filter Extract Surface Mapper + Graphics Model Polygon Objects Display

Data ¡Objects ¡ Data ¡Object: ¡Dataset ¡ ¡ • ¡ ¡Structures: ¡how ¡the ¡informa.on ¡is ¡organized ¡ -­‑ ¡Topology ¡ -­‑ ¡Geometry ¡ ¡ • ¡ ¡Aeributes: ¡store ¡the ¡informa.on ¡we ¡want ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡to ¡visualize. ¡ ¡e.g. ¡func.on ¡values ¡

Data ¡Objects: ¡structures ¡ • Topology: ¡ ¡ -­‑ ¡Invariant ¡under ¡geometric ¡transforma.on ¡ ¡ ¡(rota.on, ¡transla.on, ¡scaling ¡etc) ¡ -­‑ ¡Topological ¡structures: ¡Cells ¡ ¡ • ¡Geometry: ¡ ¡ -­‑ ¡The ¡instan.a.on ¡of ¡the ¡topology ¡ -­‑ ¡Geometric ¡ ¡structures: ¡cells ¡with ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡posi.ons ¡in ¡3D ¡space ¡ ¡

¡VTK ¡Cell ¡Types ¡ (d) polyline (e) triangle (b) Polyvertex (c) line (a) vertex (e) Quadrilateral (e) Polygon (f) Tetrahedron (f) Hexahedron And more

VTK ¡Data ¡Aeributes ¡ • The ¡informa.on ¡stored ¡at ¡each ¡corner ¡of ¡the ¡ cell ¡ – Scalars: ¡temperature, ¡pressure, ¡etc ¡ – Vector: ¡velocitys ¡ – Normals: ¡surface ¡direc.ons ¡ – Texture ¡coordinates: ¡graphics ¡specific ¡ – Tensors: ¡matrices ¡ ¡

VTK ¡Datasets ¡ A Collection of structures and attributes Structured Grid Rectilinear Grid Unstructured Points Polygonal Grid Unstructured Grid Structured Grid

Pipeline ¡Connec.ons ¡ ¡ • Type-­‑Checking: ¡the ¡type ¡of ¡input ¡data ¡and ¡the ¡ expected ¡input ¡to ¡a ¡filter ¡should ¡match, ¡which ¡can ¡be ¡ checked ¡at ¡compile, ¡link, ¡or ¡run ¡.me ¡ ¡ • ¡Mul.plicity: ¡a ¡filter ¡can ¡have ¡one ¡or ¡mul.ple ¡output, ¡ and ¡each ¡output ¡can ¡have ¡mul.ple ¡fan-­‑out, ¡that ¡is, ¡ ¡ connected ¡to ¡one ¡or ¡mul.ple ¡downstream ¡processes ¡ ¡ Filter Filter Filter Data Data Data Data Data