Python的3D可视化库 - vedo (1)简介和模块功能概览

1. vedo和它支持的功能简介

vedo是用于3D对象和点云的科学分析的python模块。基于VTK和numpy实现。

1.1 安装vedo

pip install vedo

测试

import vedovedo.Cone().show(axes=1).close()

1.2 命令行接口

vedo库包含了命令行接口，可以使用vedo --help查看。

1.3 导出3D文件

在弹出的3D场景窗口，按E键，可以把当前的3D场景保存为一个普通的numpy文件。
按F可以导出为html网页。

1.4 文件格式转换

使用命令行转换文件格式

# 将obj格式转为ply格式
vedo --convert bunny.obj --to ply

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2. vedo模块功能概览

2.1 绘制和渲染

visual 管理可视化、对象及其属性的显示的基类

类或方法	说明
CommonVisual	管理所有对象的公共可见项的类
PointsVisual	管理点对象的可见项的类
VolumeVisual	管理体积对象的可见项的类
MeshVisual	管理体积对象的可见项的类
ImageVisual	管理所有对象的公共可见项的类
Actor2D	对vtkActor2D的封装
LightKit	光工具套件，包括3种光源，主光灯、补光灯、头灯

plotter 3D渲染

类或方法	说明
Plotter	管理对象的主类
show	在空白页创建Plotter实例，并展示给定的对象
close	关闭最后创建的Plotter

colors 定义和显示颜色

类或方法	说明
printc	使用各种颜色输出内容到终端
printd	输出关于环境的调试信息。局部变量会输出它们的当前值。
get_color	将其它格式的颜色转换为(r,g,b)格式
get_color_name	找最接近的颜色的名称
color_map	将数值映射到色阶
build_palette	通过在HSV或RGB空间线性插值生成N个颜色
build_lut	在查找表中生成颜色

dolfin FEniCS/Dolfin库的支持

类或方法	说明
plot	绘制对象。输入的对象除了Mesh、Volume外，还可以是dolfin.Mesh、dolfin.MeshFunction、dolfin.Expression、dolfin.Function

2.2 图形数据管理

mesh 多边形网格

类或方法	说明
Mesh	创建一个由vedo.PointCloud派生的Mesh的实例

pointcloud 点云

类或方法	说明
Points	点云
Point	创建一个简单的点
CellCenters	在任意类型对象的单元格的中心生成Points
merge	输入对象组合，创建新的Mesh或Points。类似Assembly，但是merge会让输入的对象称为一个单独的实体
fit_line	通过点拟合线
fit_circle	通过3D点拟合圆
fit_plane	一组点拟合一个平面
fit_sphere	一组点拟合一个球体
pca_ellipse	创建包含指定百分比的点的2D椭圆，PCA用来计算椭圆方向
pca_ellipsoid	创建包含指定百分比的点的椭球体，PCA用来计算椭圆方向

shapes 简单或复杂的几何图形

类或方法	说明
Maker	生成标记。一般和Glyph联用
Line	构造两个点之间的线段
DashedLine	构造两个点之间的虚线。建议使用Line.pattern()。
RoundedLine	生成指定宽度、穿过一系列点的2D线段，线段的边缘是圆的
Tube	沿着点集定义的线段，创建一个管
Tubes	在Lines对象的周围创建管
ThickTube	沿着线创建带厚度的管
Lines	从两个列表的对应点之间创建线段
Spline	找到穿过点集的B样条曲线。
KSpline	返回准确穿过所有点的Kochanek样条曲线
CSpline	返回准确穿过所有点的Cardinal样条曲线
Bezier	生成贝塞尔曲线，连接第一个和最后一个点。
Brace	创建花括号
NormalLines	创建Glyph，在单元格中心或网格顶点显示法线
Ribbon	联结两条线段，生成它们之间的平面
Arrow	指定起点、终点和尺寸，创建3D箭头。
Arrows	从两个列表的对应点之间创建箭头
Arrow2D	创建2D箭头
Arrows2D	从两个列表的对应点之间创建2D箭头
FlatArrow	通过联结两条线段，在3D空间创建2D箭头
Polygon	在xy平面创建多边形
Triangle	根据空间中的3个点创建三角形
Rectangle	在xy平面创建矩形
Disc	创建2D圆环
Circle	创建圆
GeoCircle	创建圆，其形状像是投影在地图上，越靠近两极就越扁
Arc	在两点之间创建圆弧
Star	创建2D五角星
Star3D	创建3D五角星
Cross3D	创建3D十字形
IcoSphere	创建由一致的三角形网格组成的球体
Sphere	创建球体
Spheres	创建大量的球体
Earth	创建表示地球的带纹理的网格
Ellipsoid	创建3D椭圆体
Grid	均匀或不均匀的2D格子
TessellatedBox	创建多个四元组构成的立方体网格
Plane	创建平面
Box	创建指定大小的框
Cube	创建立方体
Spring	创建弹簧模型
Cylinder	指定高度和半径，创建圆柱体
Cone	指定高度和半径，创建圆锥体
Pyramid	创建椎体
Torus	创建圆环
Paraboloid	创建抛物线体
Hyperboloid	创建双曲线体
TextBase	文本的基类，不可实例化
Text3D	创建表示文本的3D多边形网格
Text2D	创建2D文本
CornerAnnotation	使用2D文本在窗口角落加注释
Latex	渲染Latex文本和公式
Glyph	网格之间的公共顶点定义为glyph，可以控制其方向和颜色
Tensors	张量，其几何学表示在一个区域或一组点上定义
ParametricShape	用于演示的内置图形集
ConvexHull	由点集创建2D或3D的凸面包
VedoLogo	创建3D的vedo图标

volume 使用体素

类或方法	说明
Volume	使用体素数据集

grids 四面体网格

类或方法	说明
UnstructuredGrid	对vtk的UnstructuredGrid对象的支持
TetMesh	描述四面体网格的类
RectilinearGrid	创建直线网格的数据集，其中的边都平行于坐标轴
StructuredGrid	创建结构化网格的数据集，其中的边不需要和坐标轴平行

image 普通2D图片

类或方法	说明
Image	用于在3D场景展示2D图片的类

assembly 图形对象组合

类或方法	说明
Group	创建包含通用对象组
Assembly	组合多个对象，将其视为单个的新对象
procrustes_alignment	使用procrustes算法对齐若干网格对象，放在Assembly中返回

pyplot 高级绘制功能

类或方法	说明
Figure	图形的格式化类
Histogram1D	1D直方图
Histogram2D	2D直方图
PlotXY	在x和y坐标系进行绘制的图形类
PlotBars	绘制柱状图的图形类
plot	绘制2D的线图或点图，变量x对应变量y
histogram	根据1D和2D数组生成直方图
fit	带有参数误差和误差带的多项式拟合。支持x和y的误差带。
pie_chart	圆环图或饼图
violin	小提琴图
whisker	从一维数据集创建箱形图中间的条带
streamplot	生成矢量场域的流线图
matrix	生成矩阵，或一个带标签的2D颜色编码图
DirectedGraph	有向图。由节点和连接节点的边组成的图，节点不需要位置信息，其位置只由相互之间的联系决定。

core 为不同的vedo对象提供功能的基类

类或方法	说明
DataArrayHelper	仅内部使用。协助类管理与点、面相关的数据
CommonAlgorithms	公共方法
PointAlgorithms	点云的方法
VolumeAlgorithms	立体对象的方法

transformations 线性或非线性变换

类或方法	说明
LinearTransform	线性变换
NonLinearTransform	非线性变换
TransformInterpolator	在线性变换之间插值
spher2cart	球形坐标转换为笛卡尔坐标
cart2spher	笛卡尔坐标转换为球形坐标
cart2cyl	笛卡尔坐标转换为圆柱坐标
cyl2cart	圆柱坐标转换为笛卡尔坐标
cyl2spher	圆柱坐标转换为球形坐标
spher2cyl	球形坐标转换为圆柱坐标
cart2pol	笛卡尔坐标转换为极坐标
pol2cart	极坐标转换为笛卡尔坐标

笛卡尔坐标系是直角坐标系和斜坐标系的统称。

2.3 附加功能和配置

addons 添加附带的轴、图例、光源等

类或方法	说明
ScalarBar	2D标度条
ScalarBar3D	3D标度条
Slider2D	2D滑块
Slider3D	3D滑块
Icon	添加图标网格
LegendBox	2D图例框
Light	光源
Axes	自定义轴
RendererFrame	渲染框线
Ruler2D	2D标尺
Ruler3D	3D标尺
RulerAxes	标尺轴
DistanceTool	测距工具
DrawingWidget SplineTool	曲线工具
Goniometer	角度计
ButtonWidget Button	按钮
Flagpost	描述性标记
ProgressBarWidget	进度条
BoxCutter	立方体切割控件
PlaneCutter	平面切割控件
SphereCutter	球体切割控件

applications 可交互的功能

类或方法	说明
Browser	通过一个滑块查看一系列的vedo对象
IsosurfaceBrowser	生成由滑块控制的体积等值面
FreeHandCutPlotter	编辑网格的工具
RayCastPlotter	使用光线投射做立体渲染
Slicer2DPlotter	面向相机的一个切片，可以任意朝向
Slicer3DPlotter	创建带有切面的渲染窗口
Slicer3DTwinPlotter	创建两个并行的带有3D切片器的立体图形
MorphPlotter	带有3个渲染窗口的绘制器，分别表示源、目标和扭曲的网格
SplinePlotter	可以交互式的画曲线的绘制器
AnimationPlayer	带有播放/暂停、快进/后退和滑块功能的绘制器

file_io 读入和导出

类或方法	说明
load	从文件或链接导入vedo对象
read	从文件读取vedo对象
download	从URL检索对象，存到本地，返回本地路径
gunzip	解压.gz文件到临时文件，返回临时文件的路径
loadStructuredPoints	从文件导入vtkStructuredPoints对象
loadStructuredGrid	从文件导入vtkStructuredGrid对象
write	将对象存到文件。支持的文件格式：vtk、vti、ply、obj、stl、byu、vtp、vti、mhd、xyz、xml、tif、png、bmp
save	将对象存到文件
export_window	把渲染场景导出到HTML、X3D或Numpy文件
import_window	从Numpy的NPZ文件导入整个场景
load_obj	从OBJ文件导入网格对象集
screenshot	保存当前渲染窗口的截图
ask	在命令行问问题，返回字符串格式的回答。
Video	从某个渲染窗口生成视频

utils 公用工具

类或方法	说明
OperationNode	用于跟踪操作
ProgressBar	在终端打印进度条的类
progressbar	在终端打印进度条的方法
Minimizer	使用Nelder-Mead算法的函数最小值查找器
geometry	使用vtkGeometryFilter。 用于从任意类型的数据集中提取几何图形
is_sequence	检查输入对象是否可迭代
lin_interpolate	把rangeX范围内的变量x线性插入rangeY范围
vector	返回表示向量的3D numpy数组
mag	获取向量或向量组的长度
mag2	获取向量或向量组长度的平方
versor	返回单位向量
precision	返回以指定精度表示的值的字符串
round_to_digit	把实数舍入到指定有效位数
point_in_triangle	判断一个点是否在另外三个点组成的三角形内
point_line_distance	计算一个点到另外两个点连线的距离
closest	返回给定的点和点集中距离最近的点
grep	过滤文件中以特定标志开头的行
make_bands	把列表中的值分到等值的波段中。
pack_spheres	把球体打包到边界框中
humansort	以人更期望的方式对列表进行排序，就地修改原列表
print_histogram	在终端打印直方图
print_inheritance_tree	打印类的继承树
camera_from_quaternion	定义带有特定方向的vtkCamera
camera_from_neuroglancer	从neuroglancer状态字典定义vtkCamera
camera_from_dict	从字典定义vtkCamera
camera_to_dict	把vtkCamera转为字典
oriented_camera	生成指向特定方向的vtkCamera对象，有确定的顶部方向，设置回退。
vedo2trimesh	把vedo.mesh.Mesh对象转为Trimesh.Mesh对象
trimesh2vedo	把Trimesh.Mesh对象转为vedo.mesh.Mesh或vedo.Assembly对象
vedo2meshlab	把vedo.mesh.Mesh对象转为Meshlab对象
meshlab2vedo	把Meshlab对象转为vedo.mesh.Mesh对象
vedo2open3d	把vedo.mesh.Mesh对象转为open3d.geometry.TriangleMesh格式
open3d2vedo	把open3d.geometry.TriangleMesh转为vedo.mesh.Mesh对象
vtk2numpy	把vtkDataArray、vtkIdList或vtTransform转为numpy数组
numpy2vtk	把numpy数组转为vtkDataArray
get_uv	由平面上的点x和它对应的uv坐标，求平面上另一点p的UV纹理坐标
andrews_curves	计算给定数据的Andrews曲线。

interactor_modes 自定义交互模式

类或方法	说明
MousePan	通过拖动鼠标，移动拍摄场景
FlyOverSurface	浏览某个切面
BlenderStyle	使用Blender默认的按键绑定创建交互模式

setting 改变全局行为和风格的设置

类或方法	说明
Settings	全局行为和风格的一般设置

3. 模块类的继承关系

3.1 core、visual、volume

3.2 grids

3.3 pointcloud

3.4 mesh

3.5 shapes

3.6 assembly

3.7 addons

3.8 applications