1.封闭性检测

由于受原始数据、重建方法的限制，得到的网格模型并不是封闭的。有时为了显示或者处理某些要求，需要网格必须是封闭的。

封闭性网格应该比较好理解，比如一个球形网格。

1.1网格模型边的分类

之前也有提到过边界边的概念：如果一条边只被一个多边形包含，那么这条边就是边界边。是否存在边界边是检测一个网格模型是否封闭的重要特征。
vtkFeatureEdges是一个非常重要的类，该类能够提取多边形网格模型中四种类型的边。
边界边：只被一个多边形或者一条边包围的边。
非流形边：被三个或者三个以上多边形包围的边；
特征边：需要设置一个特征角的阈值，当包含同一条边的两个三角形的法向量的夹角大于该阈值时，即为一个特征边。
流行边：只被两个多边形包含的边。

1.2 网格封闭性判断

可以通过使用vtkFeatureEdges类检测是否存在边界边，洁儿判断网格是否封闭。

示例代码如下：

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkIdTypeArray.h>
#include <vtkSelectionNode.h>
#include <vtkSelection.h>
#include <vtkExtractSelection.h>
#include <vtkDataSetSurfaceFilter.h>
#include <vtkInformation.h>
#include <vtkProperty.h>
//生成带孔洞的网格球
void GenerateData(vtkSmartPointer<vtkPolyData> input)
{vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource =vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();sphereSource->Update();//提供了插入和检索值的方法，并会自动调整大小以保存新数据vtkSmartPointer<vtkIdTypeArray> ids =vtkSmartPointer<vtkIdTypeArray>::New();ids->SetNumberOfComponents(1);ids->InsertNextValue(2);ids->InsertNextValue(10);//选择树中的节,用于存储选择结果vtkSmartPointer<vtkSelectionNode> selectionNode =vtkSmartPointer<vtkSelectionNode>::New();selectionNode->SetFieldType(vtkSelectionNode::CELL);selectionNode->SetContentType(vtkSelectionNode::INDICES);selectionNode->SetSelectionList(ids);selectionNode->GetProperties()->Set(vtkSelectionNode::INVERSE(), 1);vtkSmartPointer<vtkSelection> selection =vtkSmartPointer<vtkSelection>::New();selection->AddNode(selectionNode);//从vtkdataset提取子集,删除操作vtkSmartPointer<vtkExtractSelection> extractSelection =vtkSmartPointer<vtkExtractSelection>::New();extractSelection->SetInputData(0, sphereSource->GetOutput());extractSelection->SetInputData(1, selection);extractSelection->Update();//vtkDataSetSurfaceFilter是更快版本的vtkgeometry滤波器//但它没有一个选择范围。比vtkGeometryFilter使用更多的内存//只有一个选择：输入结构类型时是否使用三角形条vtkSmartPointer<vtkDataSetSurfaceFilter> surfaceFilter =vtkSmartPointer<vtkDataSetSurfaceFilter>::New();surfaceFilter->SetInputConnection(extractSelection->GetOutputPort());surfaceFilter->Update();input->ShallowCopy(surfaceFilter->GetOutput());
}
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkFeatureEdges.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkFillHolesFilter.h>
#include <vtkPolyDataNormals.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>int main()
{vtkSmartPointer<vtkPolyData> input =vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();GenerateData(input);vtkSmartPointer<vtkFeatureEdges> featureEdges =vtkSmartPointer<vtkFeatureEdges>::New();featureEdges->SetInputData(input);featureEdges->BoundaryEdgesOn();featureEdges->FeatureEdgesOff();featureEdges->ManifoldEdgesOff();featureEdges->NonManifoldEdgesOff();featureEdges->Update();int numberOfOpenEdges = featureEdges->GetOutput()->GetNumberOfCells();if (numberOfOpenEdges){std::cout << "该网格模型不是封闭的..." << std::endl;}else{std::cout << "该网格模型是封闭的..." << std::endl;return EXIT_SUCCESS;}vtkSmartPointer<vtkFillHolesFilter> fillHolesFilter =vtkSmartPointer<vtkFillHolesFilter>::New();fillHolesFilter->SetInputData(input);fillHolesFilter->Update();vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals> normals =vtkSmartPointer<vtkPolyDataNormals>::New();normals->SetInputConnection(fillHolesFilter->GetOutputPort());normals->ConsistencyOn(); //很重要，根据其他单元点的顺序调整补充点的顺序normals->SplittingOff();normals->Update();/////////////////////////////////////////////////////////////////double leftViewport[4] = { 0.0, 0.0, 0.5, 1.0 };double rightViewport[4] = { 0.5, 0.0, 1.0, 1.0 };vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> originalMapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();originalMapper->SetInputData(input);vtkSmartPointer<vtkProperty> backfaceProp =vtkSmartPointer<vtkProperty>::New();backfaceProp->SetDiffuseColor(0.89, 0.81, 0.34);vtkSmartPointer<vtkActor> originalActor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();originalActor->SetMapper(originalMapper);originalActor->SetBackfaceProperty(backfaceProp);originalActor->GetProperty()->SetDiffuseColor(1.0, 0.3882, 0.2784);vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> edgeMapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();edgeMapper->SetInputData(featureEdges->GetOutput());vtkSmartPointer<vtkActor> edgeActor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();edgeActor->SetMapper(edgeMapper);edgeActor->GetProperty()->SetEdgeColor(0., 0., 1.0);edgeActor->GetProperty()->SetEdgeVisibility(1);edgeActor->GetProperty()->SetLineWidth(5);vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> filledMapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();filledMapper->SetInputData(normals->GetOutput());vtkSmartPointer<vtkActor> filledActor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();filledActor->SetMapper(filledMapper);filledActor->GetProperty()->SetDiffuseColor(1.0, 0.3882, 0.2784);///////////////////////////vtkSmartPointer<vtkRenderer> leftRenderer =vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();leftRenderer->SetViewport(leftViewport);leftRenderer->AddActor(originalActor);leftRenderer->AddActor(edgeActor);leftRenderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);vtkSmartPointer<vtkRenderer> rightRenderer =vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();rightRenderer->SetViewport(rightViewport);rightRenderer->AddActor(filledActor);rightRenderer->SetBackground(0, 0, 0);vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();renderWindow->AddRenderer(leftRenderer);renderWindow->AddRenderer(rightRenderer);renderWindow->SetSize(640, 320);renderWindow->Render();renderWindow->SetWindowName("Poly Data Closed");vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);leftRenderer->GetActiveCamera()->SetPosition(0, -1, 0);leftRenderer->GetActiveCamera()->SetFocalPoint(0, 0, 0);leftRenderer->GetActiveCamera()->SetViewUp(0, 0, 1);leftRenderer->GetActiveCamera()->Azimuth(30);leftRenderer->GetActiveCamera()->Elevation(30);leftRenderer->ResetCamera();rightRenderer->SetActiveCamera(leftRenderer->GetActiveCamera()); //同步响应renderWindowInteractor->Start();return 0;
}

为了方便看到效果，我建立了一个球面网格，并去除乐其中另个三角面片（单元）。结果如下：

将该数据作为vtkFeatureEdges的输入，vtkBoundaryOn()函数设置提取边界边，本例无需考虑其他类型的边。执行完毕后，其输出GetOutput()为一个包含边信息的vtkPolyData数据。可以通过判断边界边的数目来确定网格是否封闭：

int numberOfOpenEdges = featureEdges->GetOutput()->GetNumberOfCells();

1.3 漏洞填补

很多情况下，检测出是否封闭还是不够的，还需将这些漏洞填补起来。VTK中有现成的类来完成这个功能——vtkFillHolesFilter。
其内部执行过程是首先检测出网格中的所有边界边，然后找出这些边界边中的每一个闭合回路，最后将这些闭合回路进行三角化（即生成三角网格）以实现填补的目的。这个类也是非常简单的，只需要设置需要填补的网格数据即可。
需要注意的是，有些边界的闭合回路是不需要三角化的，例如一个平面网格，若填补其四周的边界边，则会与原网格产生覆盖。vtkFillHolesFilters()中的SetHoleSize()函数可用于控制需要修补的漏洞面积的最大值，大于该值的漏洞则不需要填补处理。
现在，我们需要讨论的一个重要的问题是为什么要使用vtkPolyDataNormals?
这个事之前也提到过，在这里复习一遍。法向量这个东西和光照与阴影的计算密切相关。单元的法向量朝向则与单元的点顺序相关！只有保持所有的单元的点顺序一致才能得到正确的法向量，否则在网格模型显示时会得到意外的结果！如下所示：

由于经过漏洞填充，模型的所有单元的点顺序并不一致，因此使用vtkPolyDataNormals::ConsisitencyOn()进行调整。这样才能避免上面的问题。