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内容来自中国大学MOOC，北京理工大学，python数据分析与展示课程，侵删。
如有错误，烦请指出。

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python 科学计算三维可视化笔记 第一周 基础运用

〇、系统环境

Windows 10 64 位 + python 3.9.12
建立虚拟环境 conda create -n 3dvis python=3.9.12
虚拟环境中依次：

• pip install VTK-9.1.0-cp39-cp39-win_amd64.whl
• pip install numpy-1.22.4+mkl-cp39-cp39-win_amd64.whl
• pip install traits-6.3.2-cp39-cp39-win_amd64.whl
• pip install mayavi-4.7.4-cp39-cp39-win_amd64.whl
• pip install PyQt5

前四个库的 下载地址
虚拟环境中启动 idle：cmd 中依次输入 activate 3dvis，python -m idlelib.idle
虚拟环境中下载 jupyter notebook：cmd 中输入 pip install jupyter
虚拟环境中启动 jupyter notebook：cmd 中输入 jupyter notebook

一、TVTK 库的基本三维对象

1. TVTK 库的基本三维对象

2. 创建基本三维对象：长方体

s = tvtk.CubeSource(traits)
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CubeSource 对象的属性如下：

一个 CubeSource 对象实例：

CubeSource 对象的方法如下：

3. 显示基本三维对象：长方体

from tvtk.api import tvtk
# 创建一个长方体数据源，并且同时设置其长宽高
s = tvtk.CubeSource(x_length=1.0, y_length=2.0, z_length=3.0)
# 使用PolyDataMapper将数据转换为图形数据
m = tvtk.PolyDataMapper(input_connection=s.output_port)
# 创建一个Actor
a = tvtk.Actor(mapper=m)
# 创建一个Renderer，将Actor添加进去
r = tvtk.Renderer(background=(0, 0, 0))
r.add_actor(a)
# 创建一个RenderWindow(窗口)，将Renderer添加进去
w = tvtk.RenderWindow(size=(300,300))
w.add_renderer(r)
# 创建一个RenderWindowInteractor（窗口的交互工具)
i = tvtk.RenderWindowInteractor(render_window=w)
# 开启交互
i.initialize()
i.start()
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二、TVTK 的管线

管线技术（Pipeline，流水线）：

• 可视化管线（Visualization Pipeline）：将原始数据加工成图形数据
• 图形管线（Graphics Pipeline）：将图像数据加工为我们所看到的图像

1. 可视化管线

可视化管线中的 TVTK 对象：

2. 图形管线

图形管线中的 TVTK 对象：

3. 用 ivtk 工具观察管线

from tvtk.api import ivtk
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使用 itvk 显示立方体，修复窗口显示错误，并用函数封装，存为 tvtkfunc.py 文件：

def ivtk_scene(actors):
    from tvtk.tools import ivtk
    #创建一个带Crust（Python Shell）的窗口
    win = ivtk.IVTKWithCrustAndBrowser()
    win.open()
    win.scene.add_actor(actors)
    #修正窗口错误
    dialog = win.control.centralWidget().widget(0).widget(0)
    from pyface.qt import QtCore
    dialog.setWindowFlags(QtCore.Qt.WindowFlags(0x00000000))
    dialog.show()
    return win

def event_loop():
    from pyface.api import GUI
    gui = GUI()
    gui.start_event_loop()
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在写 cube_ivtk.py 程序时，直接调用：

from tvtk.api import tvtk
from tvtkfunc import ivtk_scene,event_loop

s = tvtk.CubeSource(x_length=1.0, y_length=2.0, z_length=3.0)
m = tvtk.PolyDataMapper(input_connection=s.output_port)
a = tvtk.Actor(mapper=m)
win = ivtk_scene(a)
win.scene.isometric_view()
event_loop()
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结果如下：

在下方命令行输入

print(scene.renderer.actors[0].mapper.input.points.to_array())
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输出构成长方体顶点的三维坐标：

双击左侧 OpenGLCamera，可弹出照相机菜单；
双击左侧 Actor，可弹出实体 Actor 菜单：
  
照相机包含如下属性：

点击工具栏设置按钮，出现属性菜单，Scene 为场景，Lights 为光源：
  

三、TVTK 的数据

1. TVTK 的数据集

• 点（point）和数据（data）
• 点之间：连接 vs 非连接
• 多个相关的点组成单元（cell）
• 点的连接：显式 vs 隐式
• 数据：标量（scalar） vs 矢量（vector）

(1) Imagedata 数据集
表示二维或三维图像的数据结构：
使用 .get_point() 获得点的坐标：

(2) RectilinearGrid 数据集
间距不均匀的网格，所有的点都在正交的网格上：

(3) StructuredGrid 数据集
创建任意形状的网格，需要指定点的坐标

(4) Polydata 数据集
由一系列的点、点之间的联系以及由点构成的多边形组成

2. TVTK 的数据加载

(1) TVTK 模型读取

s = tvtk.STLReader(file_name = 'stl文件')
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一个实例：

from tvtk.api import tvtk
from tvtkfunc import ivtk_scene,event_loop

s = tvtk.STLReader(file_name = "python.stl")
m = tvtk.PolyDataMapper(input_connection = s.output_port)
a = tvtk.Actor(mapper = m)

win = ivtk_scene(a)
win.scene.isometric_view()
event_loop()
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(2) TVTK MultiBlock 数据读取

一个实例：

from tvtk.api import tvtk

# 读入数据
def read_data():
    plot3d = tvtk.MultiBlockPLOT3DReader(
            xyz_file_name = "combxyz.bin", # 网格文件
            q_file_name = "combq.bin",     # 空气动力学结果文件
            scalar_function_number = 100,  # 设置标量数据数量
            vector_function_numbe r= 200   # 设置矢量数据数量
            )
    plot3d.update()
    return plot3d

plot3d = read_data()
grid = plot3d.output.get_block(0)
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