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

   1 /*# ---------------------------------------------------------------------
   2 #
   3 # Copyright (c) CREATIS (Centre de Recherche en Acquisition et Traitement de l'Image
   4 #                        pour la Sant�)
   5 # Authors : Eduardo Davila, Frederic Cervenansky, Claire Mouton
   6 # Previous Authors : Laurent Guigues, Jean-Pierre Roux
   7 # CreaTools website : www.creatis.insa-lyon.fr/site/fr/creatools_accueil
   8 #
   9 #  This software is governed by the CeCILL-B license under French law and
  10 #  abiding by the rules of distribution of free software. You can  use,
  11 #  modify and/ or redistribute the software under the terms of the CeCILL-B
  12 #  license as circulated by CEA, CNRS and INRIA at the following URL
  13 #  http://www.cecill.info/licences/Licence_CeCILL-B_V1-en.html
  14 #  or in the file LICENSE.txt.
  15 #
  16 #  As a counterpart to the access to the source code and  rights to copy,
  17 #  modify and redistribute granted by the license, users are provided only
  18 #  with a limited warranty  and the software's author,  the holder of the
  19 #  economic rights,  and the successive licensors  have only  limited
  20 #  liability.
  21 #
  22 #  The fact that you are presently reading this means that you have had
  23 #  knowledge of the CeCILL-B license and that you accept its terms.
  24 # ------------------------------------------------------------------------ */
  25
  26 /*=========================================================================
  27
  28   Program:   wxMaracas
  29   Module:    $RCSfile: vtkImagePolyDataSeedConnectivity.cxx,v $
  30   Language:  C++
  31   Date:      $Date: 2012/11/15 14:15:18 $
  32   Version:   $Revision: 1.2 $
  33
  34   Copyright: (c) 2002, 2003
  35   License:
  36
  37      This software is distributed WITHOUT ANY WARRANTY; without even
  38      the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
  39      PURPOSE.  See the above copyright notice for more information.
  40
  41 =========================================================================*/
  42 #include "vtkImagePolyDataSeedConnectivity.h"
  43
  44 #include <vtkPolyData.h>
  45 #include <vtkImageData.h>
  46 #include <vtkMath.h>
  47 #include <vtkPlane.h>
  48 #include <vtkSphere.h>
  49 #include <vtkImplicitBoolean.h>
  50 #include <vtkImplicitFunctionToImageStencil.h>
  51 #include <vtkImageStencil.h>
  52 #include <vtkObjectFactory.h>
  53 #include <vtkImageSeedConnectivity.h>
  54 #include <vtkImageIterator.h>
  55 #include <vtkImageGaussianSmooth.h>
  56 #include <vtkMarchingCubes.h>
  57 #include <vtkPolyDataConnectivityFilter.h>
  58 #include <vtkCleanPolyData.h>
  59 #include <vtkTriangleFilter.h>
  60 #include <vtkPointData.h>
  61 #include <vtkImageContinuousDilate3D.h>
  62
  63 vtkCxxRevisionMacro(vtkImagePolyDataSeedConnectivity, "$Revision: 1.2 $");
  64 vtkStandardNewMacro(vtkImagePolyDataSeedConnectivity);
  65 vtkCxxSetObjectMacro(vtkImagePolyDataSeedConnectivity, Axis,vtkPolyData);
  66
  67 //----------------------------------------------------------------------------
  68 vtkImagePolyDataSeedConnectivity::vtkImagePolyDataSeedConnectivity()
  69 {
  70   this->Axis = NULL;
  71   this->ClipImageData = vtkImageData::New();
  72   this->OuterMold = vtkPolyData::New();
  73   this->ThresholdRatio = 0.45;
  74 }
  75 //----------------------------------------------------------------------------
  76 vtkImagePolyDataSeedConnectivity::~vtkImagePolyDataSeedConnectivity()
  77 {
  78   if(this->Axis)
  79   {
  80     this->Axis->Delete();
  81   }
  82   this->ClipImageData->Delete();
  83   this->ClipImageData = NULL;
  84   this->OuterMold->Delete();
  85   this->OuterMold = NULL;
  86 }
  87  /**
  88   * Utilisation de static pour accel�rer l'execution ?
  89   * cf: vtkDividingCubes.cxx
  90   */
  91
  92 //Macros definitions
  93 #define PSC_MIN(x,y)      ((x)<(y) ? (x) : (y))
  94 #define PSC_MAX(x,y)      ((x)>(y) ? (x) : (y))
  95 //----------------------------------------------------------------------------
  96 void vtkImagePolyDataSeedConnectivity::Execute()
  97 {
  98   vtkImageData *input = this->GetInput();
  99   vtkPolyData *output = this->GetOutput();
 100   int intervalle = 2;
 101   int dim[3];
 102
 103   vtkDebugMacro(<< "Executing polydata seed connectivity...");
 104
 105   if (input == NULL)
 106     {
 107     vtkErrorMacro(<<"Input is NULL");
 108     return;
 109     }
 110
 111   // just deal with volumes
 112   if ( input->GetDataDimension() != 3 )
 113     {
 114     vtkErrorMacro("Bad input: only treats 3D structured point datasets");
 115     return;
 116     }
 117
 118   input->GetDimensions(dim);
 119
 120   //Allocate a temporary image that will be filled in b&w
 121   //this is the base of the algothm, from a graysccale input + an axis
 122   //we produce a b&w image the the marching cubes can contour:
 123
 124   vtkImageData *imagedata = vtkImageData::New();
 125   imagedata->SetOrigin( input->GetOrigin() );
 126   imagedata->SetSpacing( input->GetSpacing() );
 127   imagedata->SetExtent( input->GetExtent() );
 128   imagedata->SetScalarTypeToUnsignedChar (); //for connectityseed + reduce mem usage
 129   imagedata->AllocateScalars();
 130
 131   /*
 132   Result: piece of crap !!
 133   There was some leakage from another vessel that was near enough from the heart.
 134   */
 135
 136   vtkImageSeedConnectivity *seed = vtkImageSeedConnectivity::New();
 137   seed->SetInput( imagedata );
 138   seed->SetInputConnectValue( 255 ); //If 0 -> inverse video, 255 -> rien !
 139
 140   // Before starting the loop we should make sure the image has been clipped
 141   // with the polydata:
 142   this->ClipImageWithAxis();
 143
 144   vtkPoints *points = this->Axis->GetPoints();
 145   vtkDataArray* scalars = this->Axis->GetPointData()->GetScalars();
 146
 147   int numPts = points->GetNumberOfPoints();
 148   double p1[3], p2[3], p3[3], tuple[2];
 149   double radius, signalvalue;
 150   int region[6];
 151   int i_p2; //allow saving of p2 index
 152   unsigned short* inSI, *inSIEnd;
 153   unsigned char*  outSI,*outSIEnd;
 154
 155   for(int i=0; i<numPts; i+=intervalle)
 156   {
 157     i_p2 = i+intervalle/2;
 158     points->GetPoint(i, p1);
 159     if(numPts <= i+2*intervalle)
 160     {
 161       i_p2 = i+intervalle;
 162       points->GetPoint(numPts - 1, p3);
 163       i = numPts;       //no more iteration
 164     }
 165     else
 166     {
 167       points->GetPoint(i+intervalle, p3);
 168     }
 169     points->GetPoint(i_p2, p2);
 170
 171     //Now we can add p2 point to the see list:
 172     //seed->AddSeed( 3, p2); //too bad :(
 173     seed->AddSeed( (int)p2[0], (int)p2[1], (int)p2[2] );
 174
 175     //this parameter seems to be ok for most image
 176     //furthermore it doesn't make any change to make it bigger.
 177     scalars->GetTuple(i_p2, tuple);
 178     radius              = tuple[0];
 179         signalvalue = tuple[1];
 180     radius *= 4;                //multiply for a factor 4 for aneurism case
 181
 182     region[0] = (int)PSC_MAX(p2[0] - radius, 0);
 183     region[2] = (int)PSC_MAX(p2[1] - radius, 0);
 184     region[4] = (int)PSC_MAX(p2[2] - radius, 0);
 185
 186     region[1] = (int)PSC_MIN(p2[0] + radius, dim[0] - 1);
 187     region[3] = (int)PSC_MIN(p2[1] + radius, dim[1] - 1);
 188     region[5] = (int)PSC_MIN(p2[2] + radius, dim[2] - 1);
 189
 190     // multiply signal by a factor this allow user to accuratley find the best
 191     // range
 192     signalvalue *= ThresholdRatio;
 193
 194       /**
 195        * Instead of working on the real image, we might take advantage of
 196        * class Stencil made by dgobbi
 197        *
 198        * Steps:
 199        *  - Create a fake disk (black) of radius ~ Optimale sphere and normal
 200        *    orientation = last point first eigen vector
 201        * See: Disk-Stencil.py for more info
 202        */
 203       //Solution: this is too much a trouble: rather do it once on the entry (=first  axis point)
 204
 205       vtkImageIterator<unsigned short> inIt(this->ClipImageData, region);//image_woheart
 206       vtkImageIterator<unsigned char> outIt(imagedata, region);
 207       // vtkImageProgressIterator should be nicer in conjonction with a wxGauge
 208
 209       // Loop through ouput pixels
 210       while (!inIt.IsAtEnd())
 211       {
 212         inSI = inIt.BeginSpan(); inSIEnd = inIt.EndSpan();
 213         outSI = outIt.BeginSpan(); outSIEnd = outIt.EndSpan();
 214
 215         // Pixel operation
 216         while (inSI != inSIEnd)
 217           *outSI++ = (signalvalue <= *inSI++) ? 255 : 0;
 218
 219         inIt.NextSpan(); outIt.NextSpan();
 220       }
 221    }
 222
 223   //NEW: introduced by Maciek/Marcela: use a vtkImageGaussian to get rid
 224   //of the crenelage/steps introduced by MarchingCubes
 225
 226   vtkImageGaussianSmooth *gauss = vtkImageGaussianSmooth::New();
 227   gauss->SetInput( seed->GetOutput() );
 228   gauss->SetDimensionality(3);
 229   //gauss->SetStandardDeviation(1.0);
 230   //gauss->SetRadiusFactor(3.);
 231
 232   vtkMarchingCubes *contour = vtkMarchingCubes::New();
 233   contour->SetInput ( gauss->GetOutput() );
 234   contour->SetNumberOfContours( 1 );
 235   contour->SetValue(0, 128);
 236   contour->ComputeGradientsOn ();
 237   contour->ComputeScalarsOn ();
 238
 239   vtkCleanPolyData *clean = vtkCleanPolyData::New();
 240   clean->SetInput ( contour->GetOutput() );
 241
 242   vtkTriangleFilter *tf = vtkTriangleFilter::New();
 243   tf->SetInput( clean->GetOutput() );
 244   tf->Update();
 245
 246   //Need to do a deep copy as we'll do a ShallowCopy afterwards
 247   output->DeepCopy( tf->GetOutput() );
 248
 249   //output->Squeeze();  //usefull ?
 250
 251   // Now we do a dilatation of seed->GetOutput() in order to have inner (=output)
 252   // and outer mold (=OuterMold):
 253  /**
 254   * Internal function that take an input of a b&w or grayscale image (should be
 255   * unsigned short/ unsigned char and apply a dilatation (see math morpho for
 256   * info).
 257   * NB: dilation o gaussian = gaussian o dilatation
 258   */
 259
 260   //First apply a morpho math: dilatation of 2mm:
 261   vtkImageContinuousDilate3D *dilate = vtkImageContinuousDilate3D ::New();
 262   dilate->SetInput ( seed->GetOutput() );
 263   //TODO: determine real kernel based on scale = cm/pixel
 264   //See: http://public.kitware.com/pipermail/vtkusers/2000-September/004210.html
 265   //[Spacing is x and y is the distance between the samples. The units of measure
 266   //are your choice. Often medical images use millimeters. Let's say your medical
 267   //data resolution is 512 x 512 and your study has a 250 mm field of view. Then
 268   //the spacing in x and y would be 250/512 or .488 mm.]
 269   //therefore we have here:
 270
 271   int kernelsize[3];
 272   double spacing[3];
 273   seed->GetOutput()->GetSpacing( spacing );  //beware input should be Update()
 274   for(int j=0; j<3; j++)
 275   {
 276     //2mm thickness, we assume spacing units is in mm !!
 277     kernelsize[j] = 3; //(int) (2. / spacing[i]);
 278     //std::cout << "kernel=" << kernelsize[i] << ",et:" << (int)(2./0.3334) << ",";
 279     //beware if spacing=0.3334 -> 2/0.3334 = 5 !!!! bad bad +/-0.5 to see
 280   }
 281   dilate->SetKernelSize (kernelsize[0], kernelsize[1], kernelsize[2]);
 282
 283   //VTK filters rules !!!
 284   gauss->SetInput( dilate->GetOutput());
 285   tf->Update();
 286   // shallow copy result into output.
 287   // Could be re-written, as we know there is no vert neither strips...
 288   OuterMold->ShallowCopy( tf->GetOutput() );
 289
 290   //OuterMold->Squeeze();  //usefull ?
 291
 292   //Delete temp stuff:
 293   imagedata             -> Delete();
 294   seed                  -> Delete();
 295   gauss                 -> Delete();
 296   contour               -> Delete();
 297   clean                 -> Delete();
 298   tf                    -> Delete();
 299   dilate                -> Delete();
 300
 301   //TODO: if this filter is used many times when working on different image size
 302   //I guess we need to find something brighter for this->ClipImageData
 303 }
 304 //end of macros use
 305 #undef PSC_MAX
 306 #undef PSC_MIN
 307 //----------------------------------------------------------------------------
 308 //We need to add a function that from the raw data is able to clip with
 309 //the begining and ending of polydata to produce sharp edge.
 310 void vtkImagePolyDataSeedConnectivity::ClipImageWithAxis()
 311 {
 312   //no input need we'll work with member data:
 313   //Now we only need the region growing part:
 314  /**
 315   * Instead of working directly on leo we might remove the heart by a  trick:
 316   * If we could cut with a disk at place where the last(first) axis point is
 317   * we could avoid the flood fill algo to spread in the heart...smart  !
 318   */
 319
 320  /**
 321   * First we construct a virtual disk (=half sphere for now)
 322   * See: Disk-Stencil.py
 323   */
 324   double normal[3];
 325
 326  /**
 327   * What we do here:
 328   * Get first point (p2) and second point (p1) : assume it exists !
 329   * Then calculate vector p2->p1
 330   * normalize it
 331   * use it to define intersection plane between sphere and plane
 332   */
 333   this->Axis->Update();
 334   vtkPoints *points = this->Axis->GetPoints();
 335   int numPts = points->GetNumberOfPoints();
 336   double p1[3];
 337   double p2[3];
 338
 339   points->GetPoint( 0, p2 );
 340   points->GetPoint( 1, p1 );
 341
 342   normal[0] = p1[0] - p2[0];
 343   normal[1] = p1[1] - p2[1];
 344   normal[2] = p1[2] - p2[2];
 345   vtkMath::Normalize( normal );
 346
 347   vtkPlane *plane1 = vtkPlane::New();
 348   plane1->SetOrigin( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 349   plane1->SetNormal( normal[0], normal[1], normal[2]);
 350
 351   vtkDataArray* scalars = this->Axis->GetPointData()->GetScalars();
 352   double tuple[2];
 353   scalars->GetTuple(0, tuple);
 354   double radius = tuple[0];
 355
 356    vtkSphere *sphere1 = vtkSphere::New();
 357    sphere1->SetCenter( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 358    sphere1->SetRadius( radius + 1);
 359
 360    vtkImplicitBoolean *disk1 = vtkImplicitBoolean::New();
 361    disk1->SetOperationTypeToIntersection();
 362    disk1->AddFunction(sphere1);
 363    disk1->AddFunction(plane1);
 364
 365  /**
 366   * What we do here:
 367   * Get last point (p2) and before last point (p1) : assume it exists !
 368   * Then calculate vector p2->p1
 369   * normalize it
 370   * use it to define intersection plane between sphere and plane
 371   */
 372
 373   //ax->getControlPoint(numPts - 1, p2, p2+3);
 374   points->GetPoint( numPts - 1, p2);
 375   //ax->getControlPoint(numPts - 2, p1, p1+3); //assume it exists
 376   points->GetPoint( numPts - 2, p1);
 377   normal[0] = p1[0] - p2[0];
 378   normal[1] = p1[1] - p2[1];
 379   normal[2] = p1[2] - p2[2];
 380   vtkMath::Normalize( normal );
 381
 382   vtkPlane *plane2 = vtkPlane::New();
 383   plane2->SetOrigin( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 384   plane2->SetNormal( normal[0], normal[1], normal[2]);
 385
 386   vtkSphere *sphere2 = vtkSphere::New();
 387   sphere2->SetCenter( p2[ 0 ], p2[ 1 ], p2[ 2 ] );
 388   sphere2->SetRadius( radius + 1 );
 389
 390   vtkImplicitBoolean *disk2 = vtkImplicitBoolean::New();
 391   disk2->SetOperationTypeToIntersection();
 392   disk2->AddFunction(sphere2);
 393   disk2->AddFunction(plane2);
 394
 395   vtkImplicitBoolean *disk = vtkImplicitBoolean::New();
 396   disk->SetOperationTypeToUnion();
 397   disk->AddFunction(disk1);
 398   disk->AddFunction(disk2);
 399
 400  /**
 401   * Now use dgobbi class: Stencil stuff to remove the 'bad' heart part
 402   */
 403
 404   vtkImplicitFunctionToImageStencil *functionToStencil = vtkImplicitFunctionToImageStencil::New ();
 405   functionToStencil->SetInput ( disk );
 406
 407   vtkImageStencil *stencil = vtkImageStencil::New();
 408   stencil->SetInput( this->GetInput() );
 409   stencil->SetStencil( functionToStencil->GetOutput() );
 410   stencil->ReverseStencilOn();
 411   stencil->SetBackgroundValue (0);
 412   //don't forget to call ->Update before using an iterator !!!
 413   stencil->Update();
 414
 415   this->ClipImageData->ShallowCopy( stencil->GetOutput() );
 416
 417  /**
 418   * Should I do my own vtkCappedCylinder ??
 419   * solution: no , cause ... I can't remember why... :p
 420   */
 421
 422   //Delete stuff:
 423   plane1                        -> Delete();
 424   sphere1                       -> Delete();
 425   disk1                         -> Delete();
 426   plane2                        -> Delete();
 427   sphere2                       -> Delete();
 428   disk2                         -> Delete();
 429   disk                          -> Delete();
 430   functionToStencil     -> Delete();
 431   stencil                       -> Delete();
 432 }
 433 //----------------------------------------------------------------------------
 434 void vtkImagePolyDataSeedConnectivity::PrintSelf(ostream& os, vtkIndent indent)
 435 {
 436   this->Superclass::PrintSelf(os,indent);
 437   if ( this->Axis )
 438     {
 439     os << indent << "Axis of " << this->Axis->GetNumberOfPoints()
 440        << "points defined\n";
 441     }
 442   else
 443     {
 444     os << indent << "Axis not defined\n";
 445     }
 446 }
 447
 448