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平面填充迭代

本页说明一次笔刷填充会触及哪些体素，以及填充是怎么找到它们的。 它面向那些要编写填充策略、或者需要推理旋转 / 斜切视口下行为的贡献者。

笔刷填充使用与面积标注工具相同的迭代器、相同的形状和相同的归属规则。 那条规则是规范性的，由体素统计定义。 请先读那一页；本页只讲填充特有的部分。

背景：填充契约​

笔刷策略的 Initialize 步骤会在 operationData 上放两样东西：

  • isInObjectBoundsIJK —— 一个 IJK 包围盒 [[iMin, iMax], [jMin, jMax], [kMin, kMax]]，限定填充要访问哪些体素。
  • isInObject(pointLPS, pointIJK) —— 一个谓词， 判断被访问到的某个体素是否在形状内部。

Fill 步骤（regionFill）把这两样交给体素管理器， 后者遍历包围盒中的每个体素并调用该谓词：

for (let k = kMin; k <= kMax; k++) {
  for (let j = jMin; j <= jMax; j++) {
    for (let i = iMin; i <= iMax; i++) {
      const pointLPS = indexToWorld([i, j, k]);
      if (pointInShapeFn(pointLPS, [i, j, k])) {
        // 填充
      }
    }
  }
}

为什么包围盒遍历在斜切平面上会失效​

圆形或矩形笔刷绘制的是一张薄片。当这张薄片是轴对齐时， 它的 IJK 包围盒只有一个体素厚，所以上面那个循环本身已经很紧凑了。 但当薄片是斜切的，包裹它的轴对齐包围盒在三个轴向上都很大， 而其中真正落在里面的只是一张 O(N²) 的薄片。 于是这个循环要测试 O(N³) 个体素才能填出 O(N²)，而且倾斜得越厉害浪费越大。

开销反倒是较小的那个问题。谓词还必须把循环本就不该访问到的每个离平面体素 排除掉，而它是靠一个深度容差项来做这件事的。容差取得太小，薄片上会留下空洞； 取得太大，填充又会渗入相邻切片。没有哪个单一取值对所有方位都正确—— 这正是斜切笔刷形状此前不正确的根源。

共享的体素板迭代器​

strategies/utils/brushVoxelSlab.ts 把上面两半都换掉了。 它把笔刷描述为一个锚定在视平面上的 VoxelSlabShape， 并用 csUtils.voxelSlab.iterateVoxelsInShape 枚举该形状的体素。

这个迭代器沿某一个体素轴发出精确的整数区间，并嵌套在板层自身沿法向的边界之内， 因此：

  • 它只访问笔刷覆盖到的体素，加上它触及的那些行——绝不会遍历整个包围盒的体积；
  • 它对每个体素恰好访问一次。这一点很重要， 因为一次填充若对同一体素写两次，就会为它记下两条撤销记录；
  • 它不需要任何深度容差，因为板层边界对任意方位都是精确的。

每个笔刷为笔画的每个中心点构建一个形状， createUnionShape 再把它们的区间合并成一个互不重叠的序列：

笔刷形状深度
圆形 / 椭圆createEllipseShape，扁平取自视图板层厚度
球形createCircleShape 带 depthRadius取自它自己的半径
矩形createRectangleShape，扁平沿法向一个体素

当某个策略没有构建出填充时——退化的笔刷，或者尚未迁到迭代器上的策略—— regionFill 会回退到包围盒遍历，所以 isInObject 和 isInObjectBoundsIJK 仍然是必需的。

视图板层厚度控制什么​

圆形或矩形笔刷是扁平的：它躺在视平面内，自身不带任何深度。 因此参考平面的厚度决定了填充沿法向能伸展多深。

  • 薄层（单切片）视图 —— 这是默认情形，也是视口未报告板层厚度时你得到的结果。 深度是沿法向量得的一个体素，因此填充绘制出一层斜切的层。 规则 F 让半宽为 T_v / 2，而这个厚度的板层正是一个标准数字平面： 它包含该平面穿过的每一个体素，并且与相距一个 T_v 的那次填充不共享任何体素。 板层更薄会留下空洞，更厚则会写出两层。规则 F 的深度区间是半开的， 这把共享边界恰好判给两次连续填充中的一次。若改成开区间， 那条边界就两边都不属于；而在 45 度时，开区间会使一半的体素 无法被任何一次填充触及。
  • 全厚度（厚层）视图 —— 视图厚度会直接作为填充深度传下去， 于是那个扁平圆盘变成一段短圆柱，填充会绘制贯穿该板层的每一层。 半开区间使层数恰好为 F / T_v，无论该平面落在两层之间的什么位置。

球形笔刷是例外。它自带深度，通过 getRequiredThickness 报告该深度， 因此完全忽略视图板层。球形沿用规则 M， 因为该形状自己的区间已经限定了填充范围。

警告

填充与视口必须按相同的距离步进。规则 F 的数字平面相距 T_v， 而 T_v 是 L1 度量。体数据视口是按 getSpacingInNormalDirection 步进的， 那是 L2 度量，而对斜切法向而言 L2 比 L1 短。 于是两张连续的斜切切片会落在同一个数字平面内，两张切片显示同一份填充。 这种情况下填充是正确的，错的是步进。

厚层填充的面积语义​

薄层填充只有一个体素深，所以它的平面内面积就是被绘制体素数乘以体素面积。 而厚层填充是一个体积，不是一个平面区域：在它的体素上计算面积时， 必须除以以体素计的深度，否则多出来的那些层会把面积算多。 这一点只影响面积测量。不计算面积的自由填充不受影响。

一次笔画​

指针每次笔画只报告少数几个位置，快速拖拽时这些位置之间的间隔会比笔刷宽度还大。 只在这些位置上取圆盘的并集会画成一条虚线， 所以 brushVoxelSlab.ts 会以较小半径的一半为间隔对笔画重采样， 从而保证相邻圆盘彼此重叠。

圆形笔刷会把每个圆盘投影到同一个视平面上，因此无论指针移动了多远， 一次笔画只绘制出单独一层斜切的层。球形笔刷不投影它的中心点， 因此一次笔画扫出的是一根真正的管状体。

轮廓转为标签图​

LabelmapBaseTool 把一个闭合轮廓标注转换为标签图体素， 而这个转换过程就是一次填充。因此它采用同样的设计： 多段线就是那个形状——通过 createPolylineShape—— 再由 iterateVoxelsInShape 枚举体素。

createPolylineShape 是扁平的，所以它不报告自身厚度。 该转换沿轮廓自己的法向取一个体素的深度， 覆盖方式取 'centerInside'，也就是规则 F。轮廓所在平面来自标注本身、 绝不来自相机，因此同一个轮廓作用在同一份体数据上时， 无论缩放、平移和板层厚度如何，写出的体素都相同。

代码位置​

文件作用
core/src/utilities/voxelSlab/iterateVoxelsInShape.ts迭代器
core/src/utilities/voxelSlab/shapes/各种形状，包含 createUnionShape
tools/src/tools/segmentation/strategies/utils/brushVoxelSlab.ts笔刷形状与填充
tools/src/tools/segmentation/strategies/compositions/regionFill.tsFill 回调
tools/src/tools/segmentation/LabelmapBaseTool.ts轮廓转标签图的填充
tools/src/utilities/sampleAreaAnnotationVoxels.ts标注侧的实现，以及共享的索引边界