第 7 阶段练习与参考答案

先按教程目录阅读第 22–24 章并运行阶段示例。每题先自己解释或修改代码，再展开参考答案。

练习 1：文件、Reader 和输出对象

你收到三个 URL：/data/scan.vti、/data/surface.vtp、/data/case/index.json。分别选什么 Reader？它们可能输出什么数据对象？为何不能只看输出对象都是 vtkImageData，就用同一个 Reader 读所有入口？

参考答案

.vti 对应 vtkXMLImageDataReader，通常输出 vtkImageData；.vtp 对应 vtkXMLPolyDataReader，通常输出 vtkPolyData；vtk.js 数据集目录的 index.json 对应 vtkHttpDataSetReader，输出由清单的 vtkClass 决定。Reader 解析的是磁盘编码，输出类描述的是内存结构。不同编码可以产生同类内存对象，仍须用各自的解析器。

练习 2：元数据、选择与下载

运行示例，清空 Network 记录并刷新。在未点击按钮前，两个数组的 getArrays() 项目中 enable 是什么？Point Data 中能否用 getArrayByName('Density') 取得实际数值？只执行 reader.enableArray('pointData','Density',true) 后，哪个状态改变？何时出现 data/Density 请求？

参考答案

Reader 以 enableArray:false 创建，因此两项的 enable 都为 false。首次只读元数据，getArrayByName('Density') 返回空值。调用 enableArray 后，Density 的 enable 变为 true，但尚未下载；await reader.loadData() 才请求 data/Density 并把数组注册到 Point Data。Network 结果应以实际请求为准；浏览器缓存可影响显示的传输大小。

练习 3：大小与结构核对

教学图像 extent 是 [0,31,0,31,0,31]。有多少个采样点？有多少个体素单元？一个单分量 Float32Array 应有多少值、多少原始字节？如果清单把 size 误写成 32×32×31，会出现什么风险？

参考答案

每轴 32 个点，共 32³=32768 点。相邻点构成的体素每轴 31 个，共 31³=29791 个体素。单分量 Float32 数组有 32768 个值，原始长度为 32768×4=131072 字节。若 size 写错，Reader 的长度检查会报错或数据解释不一致；后续算法也可能索引到缺失或错位数值。不能用体素数代替 Point Data 的元组数。

练习 4：active scalars 与切换

依次加载 Density 和 Contrast 后，写出切换到 Density 并让等值面使用它的关键代码。这个操作应再次下载 Density 吗？若只在 Reader 中调用 enableArray('pointData','Contrast',false)，会使 Contrast 从 Point Data 消失吗？

参考答案

image.getPointData().setActiveScalars('Density');
image.modified();
const surface = iso.getOutputData();

已经下载的 Density 留在内存中，切换 active scalars 不需要再次下载。禁用 Contrast 只影响后续加载选择，不会从 Point Data 删除已注册数组。setActiveScalars 还要确认数组名确实存在。

练习 5：等值面和体渲染

对同一份三维标量场，把 iso.setContourValue(75) 改为 120，与在合成体渲染中提高 75 附近的不透明度有什么不同？如何用数据对象证明前者产生了新几何？

参考答案

改变等值面阈值会重新计算阈值交叉位置，输出新的 vtkPolyData 点与三角形。改变体渲染不透明度改变的是射线采样值对应的显示权重，原 vtkImageData 不因此变成表面。可查询 iso.getOutputData().getNumberOfPoints()、getNumberOfCells() 以及点坐标、单元连接；不同阈值通常产生不同结果。单元数量偶尔相同也不表示几何完全相同。

练习 6：裁剪平面的方向

平面 origin=[2,0,0]、normal=[1,0,0]，clip.value=0。在本教程版本默认 insideOut=false 时主要保留哪一侧？把 insideOut 设为 true 呢？点 [3,1,1] 的隐式函数值是多少？

参考答案

平面函数为 f(x,y,z)=x−2。默认主要保留 f>0，即 x>2；反转后主要保留 f≤0，即 x≤2。点 [3,1,1] 的函数值是 1。跨越平面的三角形还会生成位于 f=0 的边缘点，所以输出网格中可能有精确落在平面上的点。

练习 7：排查空结果

页面成功读取 index.json，但等值面没有三角形。按数据读取、数组、过滤器、显示管线的顺序列出至少四个具体检查项。

参考答案

先查二进制数组请求是否成功、字节数与清单 size/dataType 是否匹配；再查 image.getPointData().getScalars() 是否存在、是否是想要的单分量数组、getRange() 是否覆盖阈值；再查 iso.getOutputData().getNumberOfCells() 是否大于零；最后查 Mapper 是否接 iso.getOutputPort() 或裁剪输出端口、Actor 是否加入 Renderer、裁剪是否把全部网格去掉、相机和 clipping range 是否合适。每一步都看实际数据，不靠画面猜测。

练习 8：把教学数据换成真实文件

假设拿到一个带单位和空间方向信息的真实 .vti 文件。描述替换本阶段示例时需要改变的读取步骤，以及保留哪些核对步骤。为什么直接把其 URL 填进 reader.setUrl('/sample/index.json') 的位置不行？

参考答案

改用 vtkXMLImageDataReader 读取 .vti，等待 setUrl 完成并取 getOutputData()。记录来源、单位、origin、spacing、direction、extent、数组名、分量数与值范围，再选 active scalars，连接等值面或体渲染管线；过滤阈值要依据真实数值单位重新选择。vtkHttpDataSetReader 预期 JSON 清单和外置数组，无法把 .vti XML 当作这种清单解析。