VTK实现电影级渲染效果（CVR）

目前vtk9.2.2版本中已经集成了ray marching（光线步进）算法实现的体渲染功能，官方博客中已经介绍为电影级体渲染了，如图：

此效果是在3d显示器上的显示效果，就此效果来看说是电影级渲染效果也没什么问题，但是和光线追踪来实现的CVR还是差一些，下图为光线追踪的方法来实现的CVR。

首先可以先了解下这几个名词概念

Ray Marching 光线步进 基本只用于volumetric(体积绘制)

RayTracing 光线追踪 在与物体相交后会选一个随机方向继续跟踪，并根据BRDF计算颜色(全局照明 (GI),反射)

Ray Casting 光线投射 该算法的计算不会停留在物体的表面，而会沿着射线穿过物体内部进行采样，且不会产生二次射线。我们在VTK中使用的vtkGPUVolumeRayCastMapper就是光线投射原理。

VTK实现Ray Marching也是基于光线投射的mapper，只是加了两个接口控制。并且最好自己加上灯光，且控制灯光的旋转等。

    vtkNew<vtkGPUVolumeRayCastMapper> mapper;mapper->SetAutoAdjustSampleDistances(0);mapper->SetSampleDistance(0.5);//mapper->UseJitteringOn();mapper->SetInputData(reader->GetOutput());mapper->SetGlobalIlluminationReach(0.75);mapper->SetVolumetricScatteringBlending(1.0);

SetGlobalIlluminationReach 控制着射向光线的次级光线的范围/范围。值0.0表示只渲染局部阴影(但它更快)，值1.0表示渲染所有阴影(但它更慢)。

SetVolumetricScatteringBlending 控制散射模型混合的效果。

效果实现：

代码：

#include <vtkNew.h>
#include <vtkNIFTIImageReader.h>
#include <vtkFixedPointVolumeRayCastMapper.h>
#include <vtkImageGaussianSmooth.h>
#include <vtkVolumeProperty.h>
#include <vtkPiecewiseFunction.h>
#include <vtkColorTransferFunction.h>
#include <vtkVolume.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h>
#include <vtkGPUVolumeRayCastMapper.h>
#include <vtkPiecewiseFunction.h>
#include <vtkColorTransferFunction.h>
#include <vtkWindowToImageFilter.h>
#include <vtkLight.h>
using namespace std;int main()
{vtkNew<vtkNIFTIImageReader> reader;reader->SetFileName(R"(./00001741.nii.gz)");reader->Update();vtkNew<vtkGPUVolumeRayCastMapper> mapper;mapper->SetAutoAdjustSampleDistances(0);mapper->SetSampleDistance(0.5);//mapper->UseJitteringOn();mapper->SetInputData(reader->GetOutput());mapper->SetGlobalIlluminationReach(0.75);mapper->SetVolumetricScatteringBlending(1.0);vtkNew<vtkVolume> volume;volume->SetMapper(mapper);vtkNew<vtkVolumeProperty> volumeProperty;volumeProperty->SetInterpolationTypeToLinear();volumeProperty->ShadeOn();  //打开或者关闭阴影测试volumeProperty->SetAmbient(0.55);volumeProperty->SetDiffuse(0.85);  //漫反射volumeProperty->SetSpecular(0.54); //镜面反射volumeProperty->SetSpecularPower(69); //镜面反射//设置不透明度vtkNew<vtkPiecewiseFunction> compositeOpacity;compositeOpacity->AddPoint(-1000, 0.00);compositeOpacity->AddPoint(100, 0.00);compositeOpacity->AddPoint(300, 0.879);compositeOpacity->AddPoint(478, 0.879);compositeOpacity->AddPoint(1500, 0.901);volumeProperty->SetScalarOpacity(compositeOpacity); //设置不透明度传输函数vtkNew<vtkColorTransferFunction> color;color->AddRGBPoint(-1000, 0.00, 0.00, 0.00);color->AddRGBPoint(100, 220/255., 21/255., 3/255.);color->AddRGBPoint(300, 250/255., 1.00, 189/255.);color->AddRGBPoint(478, 224/255., 1, 249/255.);color->AddRGBPoint(1500, 1, 1, 1);volumeProperty->SetColor(color);volume->SetProperty(volumeProperty);vtkNew<vtkRenderer>  ren;ren->AddActor(volume);ren->SetBackground(0, 0, 0);ren->ResetCamera();vtkCamera* camera = ren->GetActiveCamera();camera->Elevation(-70);ren->ClearLights();ren->RemoveAllLights();double* lightPosition = camera->GetPosition();double lightPositions[3] = { lightPosition[0], lightPosition[1], lightPosition[2]-100 };vtkNew<vtkLight> light;light->SetLightTypeToSceneLight();light->SetPosition(lightPositions);light->SetPositional(true);light->SetAmbientColor(0.3, 0.2, 0.1);light->SetConeAngle(60);light->SetFocalPoint(camera->GetFocalPoint());light->SetIntensity(1.2);ren->AddLight(light);vtkNew<vtkRenderWindow> renWin;renWin->AddRenderer(ren);vtkNew<vtkRenderWindowInteractor> iren;vtkNew<vtkInteractorStyleTrackballCamera> style;iren->SetRenderWindow(renWin);iren->SetInteractorStyle(style);renWin->SetSize(1024, 768);renWin->Render();iren->Start();return 0;
}

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