1.點雲配准
在計算機逆向工程中，通過三維掃描等實物數字化技術可以獲取各種點雲數據。但是受到測量環境和設備的影響，再一次測量的情況下，難以獲取實物整體的點雲數據，因此需要多次從不同角度進行測量。但不同的測量數據之間可能會存在平移錯誤或旋轉錯位等問題。這就需要使用點雲配准技術來對測量點雲數據進行局部配准和整合，以得到完整的模型數據。
另外，在外科手術導航技術中，圖像標記點技術與人體表面標記點的配准是一個關鍵步驟，對於手術定位的精度有着重要的影響。通常這需要使用基於標記點的配准技術。因此，點雲配准及時對一組源點雲數據應用一個空間變換，使得變換后的數據與目標點雲數據能夠一一映射，使兩組數據之間的平均距離誤差最小。
2.LandMark配准實驗
VTKLandMarkTransform實現了片幾點配准算法，使得兩個點集在配准后的平均距離最小。通過SetSourceLandmarks()和SetTargetLandmarks()函數分別設置源標記點集和目標標記點集。需要注意的是，源標記點集和目標標記點集序號要對應。基於標記點的配准算法如下所示：1 #include <vtkAutoInit.h> 2 VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL); 3 VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType); 4 VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle); 5 6 #include <vtkSmartPointer.h> 7 #include <vtkPoints.h> 8 #include <vtkLandmarkTransform.h> 9 #include <vtkPolyData.h> 10 #include <vtkVertexGlyphFilter.h> 11 #include <vtkTransformPolyDataFilter.h> 12 #include <vtkPolyDataMapper.h> 13 #include <vtkActor.h> 14 #include <vtkProperty.h> 15 #include <vtkRenderer.h> 16 #include <vtkRenderWindow.h> 17 #include <vtkRenderWindowInteractor.h> 18 #include <vtkAxesActor.h> 19 //研究一下坐標系顯示位置 20 #include <vtkOrientationMarkerWidget.h> 21 int main() 22 { 23 vtkSmartPointer<vtkPoints> sourcePoints = 24 vtkSmartPointer<vtkPoints>::New(); 25 double sourcePoint1[3] = { 0.5, 0, 0 }; 26 sourcePoints->InsertNextPoint(sourcePoint1); 27 double sourcePoint2[3] = { 0, 0.5, 0 }; 28 sourcePoints->InsertNextPoint(sourcePoint2); 29 double sourcePoint3[3] = { 0, 0, 0.5 }; 30 sourcePoints->InsertNextPoint(sourcePoint3); 31 32 vtkSmartPointer<vtkPoints> targetPoints = 33 vtkSmartPointer<vtkPoints>::New(); 34 double targetPoint1[3] = { 0.0, 0.0, 0.55 }; 35 targetPoints->InsertNextPoint(targetPoint1); 36 double targetPoint2[3] = { 0.0, 0.55, 0.0 }; 37 targetPoints->InsertNextPoint(targetPoint2); 38 double targetPoint3[3] = { -0.55, 0.0, 0.0 }; 39 targetPoints->InsertNextPoint(targetPoint3); 40 //利用Landmark算法求變換矩陣 41 vtkSmartPointer<vtkLandmarkTransform> landmarkTransform = 42 vtkSmartPointer<vtkLandmarkTransform>::New(); 43 landmarkTransform->SetSourceLandmarks(sourcePoints); 44 landmarkTransform->SetTargetLandmarks(targetPoints); 45 landmarkTransform->SetModeToRigidBody(); //執行剛體配准 46 landmarkTransform->Update(); 47 構造PolyData類型 進行圖形可視化 48 vtkSmartPointer<vtkPolyData> source = 49 vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New(); 50 source->SetPoints(sourcePoints); 51 vtkSmartPointer<vtkPolyData> target = 52 vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New(); 53 target->SetPoints(targetPoints); 54 / 55 vtkSmartPointer<vtkVertexGlyphFilter> sourceGlyphFilter = 56 vtkSmartPointer<vtkVertexGlyphFilter>::New(); 57 sourceGlyphFilter->SetInputData(source); 58 sourceGlyphFilter->Update(); 59 60 vtkSmartPointer<vtkVertexGlyphFilter> targetGlyphFilter = 61 vtkSmartPointer<vtkVertexGlyphFilter>::New(); 62 targetGlyphFilter->SetInputData(target); 63 targetGlyphFilter->Update(); 64 源數據施加配准變換矩陣 65 vtkSmartPointer<vtkTransformPolyDataFilter> transformFilter = 66 vtkSmartPointer<vtkTransformPolyDataFilter>::New(); 67 transformFilter->SetInputData(sourceGlyphFilter->GetOutput()); 68 transformFilter->SetTransform(landmarkTransform); 69 transformFilter->Update(); 70 / 71 vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> sourceMapper = 72 vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New(); 73 sourceMapper->SetInputConnection(sourceGlyphFilter->GetOutputPort()); 74 75 vtkSmartPointer<vtkActor> sourceActor = 76 vtkSmartPointer<vtkActor>::New(); 77 sourceActor->SetMapper(sourceMapper); 78 sourceActor->GetProperty()->SetColor(1, 1, 0); 79 sourceActor->GetProperty()->SetPointSize(10); 80 81 vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> targetMapper = 82 vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New(); 83 targetMapper->SetInputConnection(targetGlyphFilter->GetOutputPort()); 84 85 vtkSmartPointer<vtkActor> targetActor = 86 vtkSmartPointer<vtkActor>::New(); 87 targetActor->SetMapper(targetMapper); 88 targetActor->GetProperty()->SetColor(0, 1, 0); 89 targetActor->GetProperty()->SetPointSize(10); 90 91 vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> solutionMapper = 92 vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New(); 93 solutionMapper->SetInputConnection(transformFilter->GetOutputPort()); 94 95 vtkSmartPointer<vtkActor> solutionActor = 96 vtkSmartPointer<vtkActor>::New(); 97 solutionActor->SetMapper(solutionMapper); 98 solutionActor->GetProperty()->SetColor(1, 0, 0); 99 solutionActor->GetProperty()->SetPointSize(10); 100 101 vtkSmartPointer<vtkRenderer> render = 102 vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New(); 103 render->AddActor(sourceActor); 104 render->AddActor(targetActor); 105 render->AddActor(solutionActor); 106 render->SetBackground(0, 0, 0); 107 108 vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw = 109 vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New(); 110 rw->AddRenderer(render); 111 rw->SetSize(480, 480); 112 rw->SetWindowName("Regisration by Landmark"); 113 //設置坐標系顯示功能 114 vtkSmartPointer<vtkAxesActor> axes = 115 vtkSmartPointer<vtkAxesActor>::New(); 116 axes->SetScale(10); 117 render->AddActor(axes); 118 119 vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi = 120 vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New(); 121 rwi->SetRenderWindow(rw); 122 /************************************************************/ 123 vtkSmartPointer<vtkOrientationMarkerWidget> widget = 124 vtkSmartPointer<vtkOrientationMarkerWidget>::New(); 125 widget->SetOutlineColor(0.9300, 0.5700, 0.1300); 126 widget->SetOrientationMarker(axes); 127 widget->SetInteractor(rwi); //加入鼠標交互 128 widget->SetViewport(0.0, 0.0, 0.3, 0.3); //設置顯示位置 129 widget->SetEnabled(1); 130 widget->InteractiveOn();//開啟鼠標交互 131 /************************************************************/ 132 render->ResetCamera(); 133 rw->Render(); 134 rwi->Initialize(); 135 rwi->Start(); 136 137 return 0; 138 }輸出結果：
黃色散點代表待配准點集；綠色散點代表金標准；紅色散點代表施加變換矩陣后的源數據點集。vtkVertexGliphFilter類顯示點集！！！VTKTransformPolyDataFilter用來對源標記點進行變換來顯示配准后的點集，SetTransform()直接設置為vtkLandmarkTransform的變換結果。
2.VTKLandmarkTransform類
VTKLandmarkTransform類的使用比較簡單，只需要設定源標記點和目標標記點。SetModeToRigidBody()函數用於設置其配准變換類型為剛體變換，僅包括簡單的平移和旋轉（六個自由度）。此外還有一個更為廣泛應用的函數——SetModeToSimilarity，設置為相似變換，包括平移、旋轉和放縮變換（七個自由度）。以及SetModeToAffine()函數設置仿射變換。默認情況，就采用相似變換進行配准。
3.vtkAxesActor類
有的時候，在顯示三維物體時，我們希望知道當前場景對應的坐標系位置或者方向，這樣在旋轉物體的時候，就能夠很清楚地看到當前正對這視野的是什么面xy平面，還是y軸等信息了。
在vtk庫中有一個vtkAxesActor負責顯示坐標系，在查閱了vtk的wiki之后，找到了兩個示例，在這里將兩者結合起來，放在同一個例子中顯示，並用java代碼重寫。其中，第一個示例：http://vtk.org/Wiki/VTK/Examples/Cxx/GeometricObjects/Axes 是直接將vtkAxesActor加入到renderer中進行顯示：1 //設置坐標系顯示功能 2 vtkSmartPointer<vtkAxesActor> axes = 3 vtkSmartPointer<vtkAxesActor>::New(); 4 axes->SetScale(10); 5 render->AddActor(axes);而第二個示例：
http://vtk.org/Wiki/VTK/Examples/Cxx/Visualization/DisplayCoordinateAxes 是以Widget的方式在一個獨立的視口中顯示，比較適合用來放在左下角指示當前的坐標系位置：1 vtkSmartPointer<vtkOrientationMarkerWidget> widget = 2 vtkSmartPointer<vtkOrientationMarkerWidget>::New(); 3 widget->SetOutlineColor(0.9300, 0.5700, 0.1300); 4 widget->SetOrientationMarker(axes); 5 widget->SetInteractor(rwi); //加入鼠標交互 6 widget->SetViewport(0.0, 0.0, 0.3, 0.3); //設置顯示位置 7 widget->SetEnabled(1); 8 widget->InteractiveOn();//開啟鼠標交互