c++ - 切换到具有不同标量分量的图像会导致访问冲突

Question

迁移到vtk6.1，最后一个应用程序的问题。它使用 vtk 进行体绘制。应用程序应该能够(在某些用户交互中)通过传递函数在每个体素只渲染一个标量组件和渲染多个之间切换。从理论上讲，据我所知，vtk 应该可以渲染具有最多 4 个此类 channel 的体积)。迁移到 vtk 6.1 后，在执行此操作的代码中存在访问冲突，这在 vtk 5.10.1 中有效。

这是我能想出的重现问题的最简单示例 (MultiChannelTest.cxx):

#include <vtkColorTransferFunction.h>
#include <vtkFixedPointVolumeRayCastMapper.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkImageAppendComponents.h>
#include <vtkMetaImageReader.h>
#include <vtkOpenGLRenderer.h>
#include <vtkPiecewiseFunction.h>
#include <vtkProperty2D.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkVolumeProperty.h>

int main (int, char *[])
{
    vtkSmartPointer<vtkColorTransferFunction> colorTransferFunction =
        vtkSmartPointer<vtkColorTransferFunction>::New();
    colorTransferFunction->AddRGBPoint(0, 0.0, 0.0, 0.0);
    colorTransferFunction->AddRGBPoint(308, 1.0, 1.0, 1.0);
    colorTransferFunction->Build();
    vtkSmartPointer<vtkPiecewiseFunction> piecewiseFunction =
        vtkSmartPointer<vtkPiecewiseFunction>::New();
    piecewiseFunction->AddPoint(0, 0.0);
    piecewiseFunction->AddPoint(308, 1.0);

    vtkSmartPointer<vtkFixedPointVolumeRayCastMapper> fixedPointVolumeRayCastMapper =
        vtkSmartPointer<vtkFixedPointVolumeRayCastMapper>::New();
    // to disable nagging warning about thread number:
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetNumberOfThreads(1);

    vtkSmartPointer<vtkMetaImageReader> reader =
        vtkSmartPointer<vtkMetaImageReader>::New();
    reader->SetFileName("some-test-volume.mhd");
    reader->Update();
    vtkImageData* imageData = reader->GetOutput();
#if VTK_MAJOR_VERSION <= 5
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetInput(imageData);
#else
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetInputData(imageData);
#endif
    fixedPointVolumeRayCastMapper->Update();

    vtkSmartPointer<vtkVolumeProperty> volumeProperty =
        vtkSmartPointer<vtkVolumeProperty>::New();
    volumeProperty->SetColor(0, colorTransferFunction);
    volumeProperty->SetScalarOpacity(0, piecewiseFunction);

    vtkSmartPointer<vtkVolume> volume = vtkSmartPointer<vtkVolume>::New();
    volume->SetMapper(fixedPointVolumeRayCastMapper);
    volume->SetProperty(volumeProperty);

    vtkSmartPointer<vtkOpenGLRenderer> renderer =
        vtkSmartPointer<vtkOpenGLRenderer>::New();
    renderer->AddVolume(volume);

    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renWin =
        vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renWin->AddRenderer(renderer);

    renWin->Render(); // when I comment this line out there is no access violation

    // now add multichannel image instead:

    vtkSmartPointer<vtkImageAppendComponents> append =
        vtkSmartPointer<vtkImageAppendComponents>::New();
#if VTK_MAJOR_VERSION <= 5
    append->SetInput(imageData);
    append->AddInput(imageData);
#else
    append->SetInputData(imageData);
    append->AddInputData(imageData);
#endif
    append->Update();

    vtkSmartPointer<vtkImageData> multiChannelImageData =
        vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();
    multiChannelImageData->DeepCopy(append->GetOutput());

#if VTK_MAJOR_VERSION <= 5
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetInput(multiChannelImageData);
#else
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetInputData(multiChannelImageData);
#endif

    volumeProperty->SetColor(1, colorTransferFunction);
    volumeProperty->SetScalarOpacity(1, piecewiseFunction);

    volume->SetProperty(volumeProperty);

    volume->Update();
    fixedPointVolumeRayCastMapper->Update();

    renWin->Render(); // <--- The access violation happens in here

    return EXIT_SUCCESS;
}

从我的调试 session 中，我可以看出 vtk 在 vtkVolumeRayCastSpaceLeapingImageFilter 中失败，在第 172 行:

    for ( c = 0; c < nComponents; ++c )
      {
      *(tmpPtr++) = 0xffff;  // Min Scalar  // <-- this is line 172
      *(tmpPtr++) = 0;       // Max Scalar

在那里，它通过 tmpPtr 引用一些输出图像。它似乎以某种方式缓存的图像；并且第二次 Render 被调用时，它仍然使用第一次渲染运行中的那个(现在太小了，因为对于第二个组件，它实际上需要的空间是第一次运行时的两倍), 因此 tmpPtr 在为图像分配的空间大小上徘徊并导致访问冲突。

我完全不知道如何告诉 vtk 丢弃此缓存并重新分配它。整个渲染逻辑非常复杂，我还没有真正完全理解它。神经痛点似乎是 void vtkVolumeRayCastSpaceLeapingImageFilter
::AllocateOutputData(vtkImageData *output, ... 方法，它检查组件的范围和数量是否已更改:

if (extent[0] == uExtent[0] && extent[1] == uExtent[1] &&
    extent[2] == uExtent[2] && extent[3] == uExtent[3] &&
    extent[4] == uExtent[4] && extent[5] == uExtent[5] &&
    this->Cache->GetNumberOfScalarComponents() ==
                output->GetNumberOfScalarComponents())
  {

出于某种原因，即使在更改输入后，output->GetNumberOfScalarComponents() 仍然返回 3(这个“空间跳跃过滤器”似乎需要原始图像的每个组件每个体素 3 个组件)图像到具有 2 个标量分量的那个(所以它实际上应该返回 6，这将使它不等于 3，然后触发重新分配)。

我需要做什么才能使 vtk 重新创建具有适当尺寸的缓存？ IE。我必须更改什么才能使 output->GetNumberOfScalarComponents() 第二次返回正确的数字？

不幸的是，我还不能确定这个output 变量在哪里设置(或者忘记设置？)，这将是我调试的下一步。会不会是 vtk 错误？

这绝对是一个缓存问题，而不是多 channel 图像的一般问题 - 在我上面的程序中，当我注释掉对 Render 的第一次调用时，整个过程没有任何问题(因为 output->GetNumberOfScalarComponents() 然后返回 6，因此分配了更大的缓冲区)。

对于 vtk6，这是与上面的代码一起使用的 cmake 文件:

cmake_minimum_required(VERSION 2.8)

PROJECT(MultiChannelTest)

FIND_PACKAGE(VTK REQUIRED)
INCLUDE(${VTK_USE_FILE})

ADD_EXECUTABLE(MultiChannelTest MultiChannelTest.cxx)
TARGET_LINK_LIBRARIES(MultiChannelTest
    vtkCommonCore vtkFiltersSources vtkInteractionStyle vtkInteractionWidgets
    vtkRenderingAnnotation vtkRenderingCore vtkRenderingFreeType
    vtkRenderingOpenGL vtkRenderingFreeTypeOpenGL vtkRenderingVolumeOpenGL )

Answer 1

我还没有找到关于为什么会发生上述情况的直接答案，但我现在有一个解决问题的方法:

缓存似乎发生在 Mapper 或其某些父类(super class)或连接类中。重新创建映射器时，不再发生访问冲突。

所以，如果不是将 multiChannelImage 设置到现有的映射器中，我会这样做:

    vtkSmartPointer<vtkImageData> multiChannelImageData =
        vtkSmartPointer<vtkImageData>::New();
    multiChannelImageData->DeepCopy(append->GetOutput());
    fixedPointVolumeRayCastMapper =
        vtkSmartPointer<vtkFixedPointVolumeRayCastMapper>::New();
    // to disable nagging warning about thread number:
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetNumberOfThreads(1);
#if VTK_MAJOR_VERSION <= 5
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetInput(multiChannelImageData);
#else
    fixedPointVolumeRayCastMapper->SetInputData(multiChannelImageData);
#endif
volumeProperty->SetColor(1, colorTransferFunction);
volumeProperty->SetScalarOpacity(1, piecewiseFunction);

volume->SetProperty(volumeProperty);
    volume->SetMapper(fixedPointVolumeRayCastMapper);

    fixedPointVolumeRayCastMapper->Update();

    renWin->Render();

然后就没有访问冲突了。可能不是理想的解决方案，但至少有效。