3D 医学扫描同时显示患者的皮肤、骨骼的 3D 模型（通过等值面提取），以及三个正交切片

一：主要的知识点

1、说明

本文只是教程内容的一小段，因博客字数限制，故进行拆分。主教程链接：vtk教程——逐行解析官网所有Python示例-CSDN博客

2、知识点纪要

本段代码主要涉及的有①vtkLookupTable颜色映射表的运用，②vtkImageMapToColors图片的标量着色

二：代码及注释

import vtkmodules.vtkInteractionStyle import vtkmodules.vtkRenderingOpenGL2 from vtkmodules.vtkIOImage import vtkMetaImageReader from vtkmodules.vtkCommonColor import vtkNamedColors from vtkmodules.vtkFiltersCore import vtkFlyingEdges3D, vtkStripper from vtkmodules.vtkRenderingCore import vtkPolyDataMapper, vtkActor, vtkRenderer, vtkRenderWindow, \ vtkRenderWindowInteractor from vtkmodules.vtkFiltersModeling import vtkOutlineFilter from vtkmodules.vtkCommonCore import vtkLookupTable from vtkmodules.vtkImagingCore import vtkImageMapToColors from vtkmodules.vtkRenderingCore import ( vtkActor, vtkCamera, vtkImageActor, vtkPolyDataMapper, vtkRenderWindow, vtkRenderWindowInteractor, vtkRenderer ) def main(): colors = vtkNamedColors() colors.SetColor('SkinColor', [240, 184, 160, 255]) colors.SetColor('BkgColor', [51, 77, 102, 255]) file_name = "Data/FullHead.mhd" reader = vtkMetaImageReader() reader.SetFileName(file_name) reader.Update() # 皮肤表面重建 skin_extractor = vtkFlyingEdges3D() skin_extractor.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) skin_extractor.SetValue(0, 500) skin_extractor.Update() skin_mapper = vtkPolyDataMapper() skin_mapper.SetInputConnection(skin_extractor.GetOutputPort()) skin_mapper.ScalarVisibilityOff() skin_actor = vtkActor() skin_actor.SetMapper(skin_mapper) skin_actor.GetProperty().SetDiffuseColor(colors.GetColor3d("SkinColor")) skin_actor.GetProperty().SetSpecular(0.3) skin_actor.GetProperty().SetSpecularPower(20) bone_extractor = vtkFlyingEdges3D() bone_extractor.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) bone_extractor.SetValue(0, 1150) bone_stripper = vtkStripper() bone_stripper.SetInputConnection(bone_extractor.GetOutputPort()) bone_mapper = vtkPolyDataMapper() bone_mapper.SetInputConnection(bone_stripper.GetOutputPort()) bone_mapper.ScalarVisibilityOff() bone_actor = vtkActor() bone_actor.SetMapper(bone_mapper) bone_actor.GetProperty().SetDiffuseColor(colors.GetColor3d("Ivory")) # outline outline_data = vtkOutlineFilter() outline_data.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) outline_data.Update() map_outline = vtkPolyDataMapper() map_outline.SetInputConnection(outline_data.GetOutputPort()) outline = vtkActor() outline.SetMapper(map_outline) outline.GetProperty().SetColor(colors.GetColor3d('Black')) # 切片三个方向切片的颜色映射表 bw_lut = vtkLookupTable() bw_lut.SetRange(0, 2000) # 输入的数据的灰度范围就是0~2000 bw_lut.SetSaturationRange(0, 0) # 将饱和度的范围设置为 0 到 0。饱和度为 0 意味着完全没有颜色，只有灰度 bw_lut.SetHueRange(0, 0) # 将色相（颜色类型，如红、绿、蓝）的范围设置为 0 到 0。由于饱和度为 0，色相设置在这里其实没有影响 bw_lut.SetValueRange(0, 1) # 将亮度的范围设置为 0（黑色）到 1（白色） bw_lut.Build() """ 总结上面的代码：定义了一个从黑到白的线性灰度查找表 0 黑色(0,0,0) 1000, 中灰(0.5, 0.5, 0.5) 2000, 白色(1, 1, 1) """ hue_lut = vtkLookupTable() hue_lut.SetTableRange(0, 2000) """ SetHueRange 决定颜色在色环上的位置，范围通常为 [0,1]，代表一个完整的彩色循环 | Hue 值 | 代表颜色 | | ----- | ---------------- | | 0.0 | 红色 (Red) | | 0.16 | 黄色 (Yellow) | | 0.33 | 绿色 (Green) | | 0.66 | 蓝色 (Blue) | | 0.83 | 紫色 (Magenta) | | 1.0 | 回到红色 (Red again) | 所以 SetHueRange(0, 1) 表示： 标量值从 0 → 2000 时，颜色从红 → 橙 → 黄 → 绿 → 蓝 → 紫 → 红， 形成一个完整的彩虹过渡 """ hue_lut.SetHueRange(0, 1) """ SetSaturationRange 这里设置为 1, 1 表示所有颜色都保持最鲜艳，不褪色 饱和度：表示颜色的纯度或鲜艳程度 可以把颜色想象成是“纯色 + 灰色”的混合 高饱和度（1） → 纯色，非常鲜艳 低饱和度（接近 0） → 被灰色稀释的颜色，显得“灰灰的”或“褪色”。 例如粉红色（红色 + 白灰），浅蓝（蓝色 + 灰白） 两个1表示表示整个查找表中，所有颜色的饱和度都恒定为 1 不管标量值是最小的还是最大的，颜色都保持完全饱和（最纯净），不进行从“灰色 → 纯色”的渐变 如果是SetSaturationRange(0, 1)->标量小的区域 → 饱和度低（灰白、淡）标量大的区域 → 饱和度高（纯色）会出现一种“从灰到彩色”的渐变 """ hue_lut.SetSaturationRange(1, 1) hue_lut.SetValueRange(1, 1) hue_lut.Build() sat_lut = vtkLookupTable() sat_lut.SetTableRange(0, 2000) sat_lut.SetHueRange(0.6, 0.6) # 固定了某种颜色 sat_lut.SetSaturationRange(0, 1) sat_lut.SetValueRange(1, 1) sat_lut.Build() """ vtkImageMapToColors 是vtk中非常常用的图像颜色映射类，主要是把灰度图转换成彩色图 它相当于“用查找表（Lookup Table）把标量值映射成颜色”的一个过滤器 """ sagittal_colors = vtkImageMapToColors() sagittal_colors.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) sagittal_colors.SetLookupTable(bw_lut) sagittal_colors.Update() sagittal = vtkImageActor() sagittal.GetMapper().SetInputConnection(sagittal_colors.GetOutputPort()) sagittal.SetDisplayExtent(128, 128, 0, 255, 0, 92) # 设置展示的切片范围 """ ForceOpaqueOn 强制渲染器将这个对象（sagittal 切片）视为完全不透明（Opaque），主要目的是为了优化渲染性能 在渲染复杂的 3D 场景时，VTK 渲染器通常会检查每个物体（Actor）的透明度属性 (Opacity)。 如果一个物体是透明的（Opacity < 1.0），渲染器必须进行额外的计算， 例如深度排序（将透明物体从后往前渲染），这会消耗大量性能 """ sagittal.ForceOpaqueOn() axial_colors = vtkImageMapToColors() axial_colors.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) axial_colors.SetLookupTable(hue_lut) axial_colors.Update() axial = vtkImageActor() axial.GetMapper().SetInputConnection(axial_colors.GetOutputPort()) axial.SetDisplayExtent(0, 255, 0, 255, 46, 46) axial.ForceOpaqueOn() coronal_colors = vtkImageMapToColors() coronal_colors.SetInputConnection(reader.GetOutputPort()) coronal_colors.SetLookupTable(sat_lut) coronal_colors.Update() coronal = vtkImageActor() coronal.GetMapper().SetInputConnection(coronal_colors.GetOutputPort()) coronal.SetDisplayExtent(0, 255, 128, 128, 0, 92) coronal.ForceOpaqueOn() a_camera = vtkCamera() a_camera.SetViewUp(0, 0, -1) a_camera.SetPosition(0, -1, 0) a_camera.SetFocalPoint(0, 0, 0) a_camera.ComputeViewPlaneNormal() a_camera.Azimuth(30.0) a_camera.Elevation(30.0) a_renderer = vtkRenderer() ren_win = vtkRenderWindow() ren_win.AddRenderer(a_renderer) iren = vtkRenderWindowInteractor() iren.SetRenderWindow(ren_win) a_renderer.AddActor(outline) a_renderer.AddActor(sagittal) a_renderer.AddActor(axial) a_renderer.AddActor(coronal) a_renderer.AddActor(skin_actor) a_renderer.AddActor(bone_actor) bone_actor.VisibilityOff() skin_actor.GetProperty().SetOpacity(0.5) a_renderer.SetActiveCamera(a_camera) ren_win.SetWindowName('MedicalDemo3') ren_win.Render() a_renderer.ResetCamera() a_camera.Dolly(1.5) a_renderer.ResetCameraClippingRange() ren_win.Render() iren.Initialize() iren.Start() if __name__ == '__main__': main()