第 21 章：切片、合成体渲染、MIP 与等值面

学习目标

四种图像都能从同一份三维数据产生，但表达的问题不同。本章用第 6 阶段示例的 40×40×40 合成数据比较它们。读完后，你应该能针对“检查某一层”“观察透明的内部结构”“寻找沿视线最高值”“获取可测量表面”选择合适方式，并避免把漂亮的投影误认成完整的三维事实。

21.1 同一份数据，四个不同问题

示例的低值椭球壳约在标量 75 附近，两个内部亮团达到更高标量，整个数组的实测范围约为 [0,195.2]。四种显示方式都读取同一份 vtkImageData，没有为每张图重新造数据：

切片使用正面相机，其余三种使用同一三维取景，因此不要用上图相同屏幕位置做逐像素数值比较。它展示的是方法的结果类型。

21.2 切片：在一个确定位置看数值

const imageMapper = vtkImageMapper.newInstance();
imageMapper.setInputData(imageData);
imageMapper.setSlicingMode(vtkImageMapper.SlicingMode.K);
imageMapper.setSlice(20);

const imageSlice = vtkImageSlice.newInstance();
imageSlice.setMapper(imageMapper);
renderer.addViewProp(imageSlice);

本例 originZ=-20、spacingZ=1，所以 K=20 的采样平面在世界 z=0。它能精确地回答“在这一层两个亮团在哪里”，但另一层的亮团可能根本不在画面里。调窗宽窗位改变显示灰度，不改变原始值。第 15 章已详细解释 ImageMapper 与 ImageSlice。

若想追踪三维结构，可连续浏览多层、做多个正交切面，或与体渲染并排查看。单张切片看不到全部体，也不是体渲染失败；它本来只承诺一个确定的截面。

21.3 合成体渲染：透明度决定内外层关系

const volumeMapper = vtkVolumeMapper.newInstance();
volumeMapper.setInputData(imageData);
volumeMapper.setBlendModeToComposite();

const volume = vtkVolume.newInstance();
volume.setMapper(volumeMapper);
volume.getProperty().setRGBTransferFunction(0, colorFunction);
volume.getProperty().setScalarOpacity(0, opacityFunction);
renderer.addVolume(volume);

这是第 16 章单条视线公式在整张画面上的应用。低值壳的 α 较小，因而能透出部分内部高值团；高值区域 α 较大，颜色与形状更明显。若把壳的 α 调得很高，内部结构可能被完全挡住。示例“不透明度倍率”控制合成模式的函数，观察前方遮挡怎样变化。

合成结果可以给人立体感，但颜色并非原始数据自带的材质。若改变颜色函数、α 曲线、光照或相机，外观会明显变化。做科学判断时，应保留传递函数设置和必要的图例，而不是仅保存截图。

21.4 MIP：最大值很突出，深度却消失

volumeMapper.setBlendModeToMaximumIntensity();

对某条视线取到的标量 s1,s2,...，MIP 的核心是 max(s1,s2,...)。然后再将这个最大值显示成灰度或颜色。高值的内部亮团在 MIP 中很显眼，即使它被低值壳包围。示例为 MIP 配了一条更不透明的显示函数，使投影中的最大值易于辨认；它不是合成模式的前后透明度累积。

若两个高值团位于同一条视线上，MIP 最终只保留更大的那个值。投影无法单凭一个像素说明它在前方还是后方，也不能提供真实遮挡关系。这在寻找高强度结构时有用，在判断深度、数量和重叠时则需要切片或其他视角辅助。

MIP 与“把合成体渲染的不透明度调低”不是同一个操作。前者改变了沿视线的数据选择规则；后者仍按多个样本的 α 与颜色累积。

21.5 等值面：先提取 PolyData，再渲染表面

等值面选一个标量阈值 q，在网格单元中寻找数据从小于 q 变为大于 q 的位置，并用三角形近似该边界。示例使用 vtkImageMarchingCubes：

const marchingCubes = vtkImageMarchingCubes.newInstance({
  contourValue: 140,
  computeNormals: true,
  mergePoints: true,
});
marchingCubes.setInputData(imageData);

const mapper = vtkMapper.newInstance();
mapper.setInputConnection(marchingCubes.getOutputPort());
const actor = vtkActor.newInstance();
actor.setMapper(mapper);
renderer.addActor(actor);

这条管线是 vtkImageData → Filter → vtkPolyData → vtkMapper → vtkActor。在本教程版本、当前数据和阈值 140 下，示例得到约 740 个三角形。阈值降低时，壳层的一部分也可能进入等值面；阈值升高时，内部团会缩小甚至消失。它不像调整体渲染 α：改变 contourValue 会使 Filter 重新生成几何。

等值面可以旋转、测量、裁剪和导出为表面网格，是与 Three.js 表面经验最接近的结果。但它只近似一个阈值的边界；阈值两边的全部体内数值不会自动保存在这张表面上。vtkImageMarchingCubes 属于 Filter，第 24 章还会从一般数据管线角度说明它。

21.6 等值面阈值与透明度阈值不可混同

把体渲染的 α 设成“低于 140 全透明，高于 140 不透明”，画面可能像一个表面，但计算仍然是沿视线采样和合成。等值面过滤器会输出真正的三角网格，具有点、单元和法线。两者在边界插值、厚度、光照与可导出几何上都可能不同。

做实验时可以同时改变示例的“不透明度倍率”和“等值面阈值”：前者改变 VolumeProperty 的显示映射；后者改变 Filter 输出。若只是看截图相似，很容易忽略这层数据类型差异。

21.7 选用方法与验证结果

四种方法都不是“更真实”的统一排名。它们在回答不同问题，且都受采样分辨率与原始数据质量限制。示例中的人造壳层和亮团容易辨认；真实影像里噪声、部分容积效应和数值单位还会影响结果。

本章小结

切片选平面，合成体渲染累积整段视线，MIP 选沿线最大值，等值面提取三角形。这四条路径从同一 vtkImageData 出发，却产生不同的数据或画面语义。第 7 阶段将读取真实文件，并进一步认识 Reader 与 Filter 如何接在这些显示管线前面。