lib/maracasVisuLib/src/interface/wxWindows/widgets/include/vtkImagePolyDataSeedConnectivity.cxx

   1 /*=========================================================================
   2
   3   Program:   wxMaracas
   4   Module:    $RCSfile: vtkImagePolyDataSeedConnectivity.cxx,v $
   5   Language:  C++
   6   Date:      $Date: 2009/05/14 13:54:57 $
   7   Version:   $Revision: 1.1 $
   8
   9   Copyright: (c) 2002, 2003
  10   License:
  11
  12      This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
  13      the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
  14      PURPOSE.  See the above copyright notice for more information.
  15
  16 =========================================================================*/
  17 #include "vtkImagePolyDataSeedConnectivity.h"
  18
  19 #include <vtkPolyData.h>
  20 #include <vtkImageData.h>
  21 #include <vtkMath.h>
  22 #include <vtkPlane.h>
  23 #include <vtkSphere.h>
  24 #include <vtkImplicitBoolean.h>
  25 #include <vtkImplicitFunctionToImageStencil.h>
  26 #include <vtkImageStencil.h>
  27 #include <vtkObjectFactory.h>
  28 #include <vtkImageSeedConnectivity.h>
  29 #include <vtkImageIterator.h>
  30 #include <vtkImageGaussianSmooth.h>
  31 #include <vtkMarchingCubes.h>
  32 #include <vtkPolyDataConnectivityFilter.h>
  33 #include <vtkCleanPolyData.h>
  34 #include <vtkTriangleFilter.h>
  35 #include <vtkPointData.h>
  36 #include <vtkImageContinuousDilate3D.h>
  37
  38 vtkCxxRevisionMacro(vtkImagePolyDataSeedConnectivity, "$Revision: 1.1 $");
  39 vtkStandardNewMacro(vtkImagePolyDataSeedConnectivity);
  40 vtkCxxSetObjectMacro(vtkImagePolyDataSeedConnectivity, Axis,vtkPolyData);
  41
  42 //----------------------------------------------------------------------------
  43 vtkImagePolyDataSeedConnectivity::vtkImagePolyDataSeedConnectivity()
  44 {
  45   this->Axis = NULL;
  46   this->ClipImageData = vtkImageData::New();
  47   this->OuterMold = vtkPolyData::New();
  48   this->ThresholdRatio = 0.45;
  49 }
  50 //----------------------------------------------------------------------------
  51 vtkImagePolyDataSeedConnectivity::~vtkImagePolyDataSeedConnectivity()
  52 {
  53   if(this->Axis)
  54   {
  55     this->Axis->Delete();
  56   }
  57   this->ClipImageData->Delete();
  58   this->ClipImageData = NULL;
  59   this->OuterMold->Delete();
  60   this->OuterMold = NULL;
  61 }
  62  /**
  63   * Utilisation de static pour accelérer l'execution ?
  64   * cf: vtkDividingCubes.cxx
  65   */
  66
  67 //Macros definitions
  68 #define PSC_MIN(x,y)      ((x)<(y) ? (x) : (y))
  69 #define PSC_MAX(x,y)      ((x)>(y) ? (x) : (y))
  70 //----------------------------------------------------------------------------
  71 void vtkImagePolyDataSeedConnectivity::Execute()
  72 {
  73   vtkImageData *input = this->GetInput();
  74   vtkPolyData *output = this->GetOutput();
  75   int intervalle = 2;
  76   int dim[3];
  77
  78   vtkDebugMacro(<< "Executing polydata seed connectivity...");
  79
  80   if (input == NULL)
  81     {
  82     vtkErrorMacro(<<"Input is NULL");
  83     return;
  84     }
  85
  86   // just deal with volumes
  87   if ( input->GetDataDimension() != 3 )
  88     {
  89     vtkErrorMacro("Bad input: only treats 3D structured point datasets");
  90     return;
  91     }
  92
  93   input->GetDimensions(dim);
  94
  95   //Allocate a temporary image that will be filled in b&w
  96   //this is the base of the algothm, from a graysccale input + an axis
  97   //we produce a b&w image the the marching cubes can contour:
  98
  99   vtkImageData *imagedata = vtkImageData::New();
 100   imagedata->SetOrigin( input->GetOrigin() );
 101   imagedata->SetSpacing( input->GetSpacing() );
 102   imagedata->SetExtent( input->GetExtent() );
 103   imagedata->SetScalarTypeToUnsignedChar (); //for connectityseed + reduce mem usage
 104   imagedata->AllocateScalars();
 105
 106   /*
 107   Result: piece of crap !!
 108   There was some leakage from another vessel that was near enough from the heart.
 109   */
 110
 111   vtkImageSeedConnectivity *seed = vtkImageSeedConnectivity::New();
 112   seed->SetInput( imagedata );
 113   seed->SetInputConnectValue( 255 ); //If 0 -> inverse video, 255 -> rien !
 114
 115   // Before starting the loop we should make sure the image has been clipped
 116   // with the polydata:
 117   this->ClipImageWithAxis();
 118
 119   vtkPoints *points = this->Axis->GetPoints();
 120   vtkDataArray* scalars = this->Axis->GetPointData()->GetScalars();
 121
 122   int numPts = points->GetNumberOfPoints();
 123   double p1[3], p2[3], p3[3], tuple[2];
 124   double radius, signalvalue;
 125   int region[6];
 126   int i_p2; //allow saving of p2 index
 127   unsigned short* inSI, *inSIEnd;
 128   unsigned char*  outSI,*outSIEnd;
 129
 130   for(int i=0; i<numPts; i+=intervalle)
 131   {
 132     i_p2 = i+intervalle/2;
 133     points->GetPoint(i, p1);
 134     if(numPts <= i+2*intervalle)
 135     {
 136       i_p2 = i+intervalle;
 137       points->GetPoint(numPts - 1, p3);
 138       i = numPts;       //no more iteration
 139     }
 140     else
 141     {
 142       points->GetPoint(i+intervalle, p3);
 143     }
 144     points->GetPoint(i_p2, p2);
 145
 146     //Now we can add p2 point to the see list:
 147     //seed->AddSeed( 3, p2); //too bad :(
 148     seed->AddSeed( (int)p2[0], (int)p2[1], (int)p2[2] );
 149
 150     //this parameter seems to be ok for most image
 151     //furthermore it doesn't make any change to make it bigger.
 152     scalars->GetTuple(i_p2, tuple);
 153     radius              = tuple[0];
 154         signalvalue = tuple[1];
 155     radius *= 4;                //multiply for a factor 4 for aneurism case
 156
 157     region[0] = (int)PSC_MAX(p2[0] - radius, 0);
 158     region[2] = (int)PSC_MAX(p2[1] - radius, 0);
 159     region[4] = (int)PSC_MAX(p2[2] - radius, 0);
 160
 161     region[1] = (int)PSC_MIN(p2[0] + radius, dim[0] - 1);
 162     region[3] = (int)PSC_MIN(p2[1] + radius, dim[1] - 1);
 163     region[5] = (int)PSC_MIN(p2[2] + radius, dim[2] - 1);
 164
 165     // multiply signal by a factor this allow user to accuratley find the best
 166     // range
 167     signalvalue *= ThresholdRatio;
 168
 169       /**
 170        * Instead of working on the real image, we might take advantage of
 171        * class Stencil made by dgobbi
 172        *
 173        * Steps:
 174        *  - Create a fake disk (black) of radius ~ Optimale sphere and normal
 175        *    orientation = last point first eigen vector
 176        * See: Disk-Stencil.py for more info
 177        */
 178       //Solution: this is too much a trouble: rather do it once on the entry (=first  axis point)
 179
 180       vtkImageIterator<unsigned short> inIt(this->ClipImageData, region);//image_woheart
 181       vtkImageIterator<unsigned char> outIt(imagedata, region);
 182       // vtkImageProgressIterator should be nicer in conjonction with a wxGauge
 183
 184       // Loop through ouput pixels
 185       while (!inIt.IsAtEnd())
 186       {
 187         inSI = inIt.BeginSpan(); inSIEnd = inIt.EndSpan();
 188         outSI = outIt.BeginSpan(); outSIEnd = outIt.EndSpan();
 189
 190         // Pixel operation
 191         while (inSI != inSIEnd)
 192           *outSI++ = (signalvalue <= *inSI++) ? 255 : 0;
 193
 194         inIt.NextSpan(); outIt.NextSpan();
 195       }
 196    }
 197
 198   //NEW: introduced by Maciek/Marcela: use a vtkImageGaussian to get rid
 199   //of the crenelage/steps introduced by MarchingCubes
 200
 201   vtkImageGaussianSmooth *gauss = vtkImageGaussianSmooth::New();
 202   gauss->SetInput( seed->GetOutput() );
 203   gauss->SetDimensionality(3);
 204   //gauss->SetStandardDeviation(1.0);
 205   //gauss->SetRadiusFactor(3.);
 206
 207   vtkMarchingCubes *contour = vtkMarchingCubes::New();
 208   contour->SetInput ( gauss->GetOutput() );
 209   contour->SetNumberOfContours( 1 );
 210   contour->SetValue(0, 128);
 211   contour->ComputeGradientsOn ();
 212   contour->ComputeScalarsOn ();
 213
 214   vtkCleanPolyData *clean = vtkCleanPolyData::New();
 215   clean->SetInput ( contour->GetOutput() );
 216
 217   vtkTriangleFilter *tf = vtkTriangleFilter::New();
 218   tf->SetInput( clean->GetOutput() );
 219   tf->Update();
 220
 221   //Need to do a deep copy as we'll do a ShallowCopy afterwards
 222   output->DeepCopy( tf->GetOutput() );
 223
 224   //output->Squeeze();  //usefull ?
 225
 226   // Now we do a dilatation of seed->GetOutput() in order to have inner (=output)
 227   // and outer mold (=OuterMold):
 228  /**
 229   * Internal function that take an input of a b&w or grayscale image (should be
 230   * unsigned short/ unsigned char and apply a dilatation (see math morpho for
 231   * info).
 232   * NB: dilation o gaussian = gaussian o dilatation
 233   */
 234
 235   //First apply a morpho math: dilatation of 2mm:
 236   vtkImageContinuousDilate3D *dilate = vtkImageContinuousDilate3D ::New();
 237   dilate->SetInput ( seed->GetOutput() );
 238   //TODO: determine real kernel based on scale = cm/pixel
 239   //See: http://public.kitware.com/pipermail/vtkusers/2000-September/004210.html
 240   //[Spacing is x and y is the distance between the samples. The units of measure
 241   //are your choice. Often medical images use millimeters. Let's say your medical
 242   //data resolution is 512 x 512 and your study has a 250 mm field of view. Then
 243   //the spacing in x and y would be 250/512 or .488 mm.]
 244   //therefore we have here:
 245
 246   int kernelsize[3];
 247   double spacing[3];
 248   seed->GetOutput()->GetSpacing( spacing );  //beware input should be Update()
 249   for(int j=0; j<3; j++)
 250   {
 251     //2mm thickness, we assume spacing units is in mm !!
 252     kernelsize[j] = 3; //(int) (2. / spacing[i]);
 253     //std::cout << "kernel=" << kernelsize[i] << ",et:" << (int)(2./0.3334) << ",";
 254     //beware if spacing=0.3334 -> 2/0.3334 = 5 !!!! bad bad +/-0.5 to see
 255   }
 256   dilate->SetKernelSize (kernelsize[0], kernelsize[1], kernelsize[2]);
 257
 258   //VTK filters rules !!!
 259   gauss->SetInput( dilate->GetOutput());
 260   tf->Update();
 261   // shallow copy result into output.
 262   // Could be re-written, as we know there is no vert neither strips...
 263   OuterMold->ShallowCopy( tf->GetOutput() );
 264
 265   //OuterMold->Squeeze();  //usefull ?
 266
 267   //Delete temp stuff:
 268   imagedata             -> Delete();
 269   seed                  -> Delete();
 270   gauss                 -> Delete();
 271   contour               -> Delete();
 272   clean                 -> Delete();
 273   tf                    -> Delete();
 274   dilate                -> Delete();
 275
 276   //TODO: if this filter is used many times when working on different image size
 277   //I guess we need to find something brighter for this->ClipImageData
 278 }
 279 //end of macros use
 280 #undef PSC_MAX
 281 #undef PSC_MIN
 282 //----------------------------------------------------------------------------
 283 //We need to add a function that from the raw data is able to clip with
 284 //the begining and ending of polydata to produce sharp edge.
 285 void vtkImagePolyDataSeedConnectivity::ClipImageWithAxis()
 286 {
 287   //no input need we'll work with member data:
 288   //Now we only need the region growing part:
 289  /**
 290   * Instead of working directly on leo we might remove the heart by a  trick:
 291   * If we could cut with a disk at place where the last(first) axis point is
 292   * we could avoid the flood fill algo to spread in the heart...smart  !
 293   */
 294
 295  /**
 296   * First we construct a virtual disk (=half sphere for now)
 297   * See: Disk-Stencil.py
 298   */
 299   double normal[3];
 300
 301  /**
 302   * What we do here:
 303   * Get first point (p2) and second point (p1) : assume it exists !
 304   * Then calculate vector p2->p1
 305   * normalize it
 306   * use it to define intersection plane between sphere and plane
 307   */
 308   this->Axis->Update();
 309   vtkPoints *points = this->Axis->GetPoints();
 310   int numPts = points->GetNumberOfPoints();
 311   double p1[3];
 312   double p2[3];
 313
 314   points->GetPoint( 0, p2 );
 315   points->GetPoint( 1, p1 );
 316
 317   normal[0] = p1[0] - p2[0];
 318   normal[1] = p1[1] - p2[1];
 319   normal[2] = p1[2] - p2[2];
 320   vtkMath::Normalize( normal );
 321
 322   vtkPlane *plane1 = vtkPlane::New();
 323   plane1->SetOrigin( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 324   plane1->SetNormal( normal[0], normal[1], normal[2]);
 325
 326   vtkDataArray* scalars = this->Axis->GetPointData()->GetScalars();
 327   double tuple[2];
 328   scalars->GetTuple(0, tuple);
 329   double radius = tuple[0];
 330
 331    vtkSphere *sphere1 = vtkSphere::New();
 332    sphere1->SetCenter( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 333    sphere1->SetRadius( radius + 1);
 334
 335    vtkImplicitBoolean *disk1 = vtkImplicitBoolean::New();
 336    disk1->SetOperationTypeToIntersection();
 337    disk1->AddFunction(sphere1);
 338    disk1->AddFunction(plane1);
 339
 340  /**
 341   * What we do here:
 342   * Get last point (p2) and before last point (p1) : assume it exists !
 343   * Then calculate vector p2->p1
 344   * normalize it
 345   * use it to define intersection plane between sphere and plane
 346   */
 347
 348   //ax->getControlPoint(numPts - 1, p2, p2+3);
 349   points->GetPoint( numPts - 1, p2);
 350   //ax->getControlPoint(numPts - 2, p1, p1+3); //assume it exists
 351   points->GetPoint( numPts - 2, p1);
 352   normal[0] = p1[0] - p2[0];
 353   normal[1] = p1[1] - p2[1];
 354   normal[2] = p1[2] - p2[2];
 355   vtkMath::Normalize( normal );
 356
 357   vtkPlane *plane2 = vtkPlane::New();
 358   plane2->SetOrigin( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 359   plane2->SetNormal( normal[0], normal[1], normal[2]);
 360
 361   vtkSphere *sphere2 = vtkSphere::New();
 362   sphere2->SetCenter( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 363   sphere2->SetRadius( radius + 1 );
 364
 365   vtkImplicitBoolean *disk2 = vtkImplicitBoolean::New();
 366   disk2->SetOperationTypeToIntersection();
 367   disk2->AddFunction(sphere2);
 368   disk2->AddFunction(plane2);
 369
 370   vtkImplicitBoolean *disk = vtkImplicitBoolean::New();
 371   disk->SetOperationTypeToUnion();
 372   disk->AddFunction(disk1);
 373   disk->AddFunction(disk2);
 374
 375  /**
 376   * Now use dgobbi class: Stencil stuff to remove the 'bad' heart part
 377   */
 378
 379   vtkImplicitFunctionToImageStencil *functionToStencil = vtkImplicitFunctionToImageStencil::New ();
 380   functionToStencil->SetInput ( disk );
 381
 382   vtkImageStencil *stencil = vtkImageStencil::New();
 383   stencil->SetInput( this->GetInput() );
 384   stencil->SetStencil( functionToStencil->GetOutput() );
 385   stencil->ReverseStencilOn();
 386   stencil->SetBackgroundValue (0);
 387   //don't forget to call ->Update before using an iterator !!!
 388   stencil->Update();
 389
 390   this->ClipImageData->ShallowCopy( stencil->GetOutput() );
 391
 392  /**
 393   * Should I do my own vtkCappedCylinder ??
 394   * solution: no , cause ... I can't remember why... :p
 395   */
 396
 397   //Delete stuff:
 398   plane1                        -> Delete();
 399   sphere1                       -> Delete();
 400   disk1                         -> Delete();
 401   plane2                        -> Delete();
 402   sphere2                       -> Delete();
 403   disk2                         -> Delete();
 404   disk                          -> Delete();
 405   functionToStencil     -> Delete();
 406   stencil                       -> Delete();
 407 }
 408 //----------------------------------------------------------------------------
 409 void vtkImagePolyDataSeedConnectivity::PrintSelf(ostream& os, vtkIndent indent)
 410 {
 411   this->Superclass::PrintSelf(os,indent);
 412   if ( this->Axis )
 413     {
 414     os << indent << "Axis of " << this->Axis->GetNumberOfPoints()
 415        << "points defined\n";
 416     }
 417   else
 418     {
 419     os << indent << "Axis not defined\n";
 420     }
 421 }
 422
 423