第 9 阶段练习与参考答案

先按教程目录阅读第 28–30 章并完成三个页面的观察。以下练习与章节正文分开；参考答案给出判断路径，截图颜色可能因设备和浏览器略有差异。

练习 1：画出两个管线

请分别画出第 28 章表面页与第 29 章体页的对象连接。指出哪一步产生 vtkPolyData，哪两条显示管线共享 vtkImageData。

参考答案

表面页为 VTP → vtkXMLPolyDataReader → vtkPolyData → vtkMapper(+LookupTable) → vtkActor → Renderer。体页为 index.json + Density → vtkHttpDataSetReader → vtkImageData，之后分成 vtkImageMapper → vtkImageSlice 与 vtkVolumeMapper → vtkVolume，分别加入两个 Renderer。第 29 章没有先把体转成 PolyData；第 30 章的 vtkImageMarchingCubes 才把 ImageData 的等值面提取为 PolyData。

练习 2：数据范围与颜色范围

在表面页选 Heat，记录原始范围；关闭自动范围，把映射最小值设为 10。哪些值应变化，哪些不应变化？如果关闭标量着色，Actor 用哪个颜色来源？

参考答案

Heat.getRange() 的原始范围约 [20.00,95.61] 不变；Mapper 与 LookupTable 的显示范围改为 [10,95.61]，色带所对应的数值也变化。关闭 scalar visibility 后不再由 Point Data 标量给表面着色，显示主要受 Actor Property 的单色设置及光照影响。

练习 3：数组关联方式

导入一个只含 Cell Data 标量、没有单分量 Point Data 的 VTP，本查看器为什么不会列出那个字段？如果业务要求对它着色，应改哪些地方？

参考答案

示例只从 getPointData().getArrays() 筛选候选，并把 Mapper 设为 setScalarModeToUsePointFieldData()，因此不会把 Cell Data 当点属性使用。需要从 getCellData() 建列表，选择对应的 Cell Field Data 模式，并核对元组数与单元数。点标量和单元标量的颜色插值语义不同，图例应说明关联方式。

练习 4：同一体数据的两种参数

第 29 章中把 K 从 16 改成 22，再把不透明度起始值从 45 改成 80。分别是哪一个对象被修改？Density 的值和数组长度会变化吗？

参考答案

前者调用 vtkImageMapper.setSlice(22)，只改变左侧选取的平面；以本例单位 spacing 和原点计算，z 从 0 到 6。后者重建 vtkPiecewiseFunction 的控制点，影响右侧 vtkVolumeProperty 使用的透明度映射。二者都不修改 Density 的 Float32 数值或 32768 个元组，也不重新下载文件。

练习 5：采样与内存

第 29 章把体渲染的沿射线采样间距从 1 增到 2，会不会让 ImageData 的 32³ 个值变成 16³？如果要真正降低源数据分辨率，需要做什么？

参考答案

不会。setSampleDistance(2) 改 Mapper 沿视线的采样步距，源数据仍是 32³、131072 字节。真正降分辨率需要生成或读取新的较低分辨率 ImageData，并正确更新 extent、spacing、origin、方向与属性数组；这样可能丢失小结构。绘制采样减少与数据降采样是不同层面的性能策略。

练习 6：用 Network 验证按需加载

刷新第 30 章页面，依次点击两个加载按钮，最后在下拉框来回切换。写出数据文件请求的预期顺序，并解释为何初始列表里出现 Contrast 不等于已下载。

参考答案

预期请求依次是 index.json、data/Density、data/Contrast。下拉框只选已下载字段，不再请求数组。清单记载数组名称、类型、范围与外部引用；reader.getArrays() 因而能列出名字，但 image.getPointData().getArrayByName('Contrast') 在下载前为空。缓存可能影响传输量显示，是否发起请求仍以 Network 面板为准。

练习 7：等值面没有更新

第 30 章中两个数组都已下载，切换下拉框后状态文字变化但几何没变。列出至少四个应检查的点，按从数据到画面的顺序排列。

参考答案

先检查目标数组是否真的在 image.getPointData() 且有 32768 个值；再检查 getScalars().getName() 是否已被 setActiveScalars(name) 改变；检查阈值是否位于该数组有效范围并是否调用 iso.getOutputData() 触发过滤；最后检查 Mapper 是否连接 iso.getOutputPort()、Actor 是否可见、Renderer 是否重新绘制及相机裁剪范围。若两个字段本身在该阈值下恰好形状相近，应比较输出点数、单元数或取不同阈值，不能只凭肉眼断言未更新。

练习 8：把教学数据换成真实数据

计划导入一份医学影像或仿真体场。为了让第 29 章的图像可解释，除了“能读入”外，应先确认哪几项元数据与显示规则？

参考答案

确认标量代表的量、单位与有效范围；origin、spacing、extent 和方向矩阵；Point Data 与 Cell Data 关联；缺失或背景值；所需窗宽窗位、颜色和不透明度函数的业务依据。还要核对隐私与使用许可等项目要求。示例中的 0–220 控制点、单位 spacing 与固定相机只为教学设置，不能直接赋予真实数据的诊断或物理意义。