VTK 设计模式：原型模式
系列：Qt / VTK 设计模式 · VTK 08/10
参考：vtkDataObject、vtkPolyData::DeepCopy
引子
滤波器想「备份一份当前网格再改」，或者多线程各拿一份独立副本——VTK 用 DeepCopy / ShallowCopy 表达 原型语义：以现有对象为模板生成新状态，而不是从头 New() 再填点。
要解决什么问题
cpp
vtkPolyData* b = vtkPolyData::New();
// 手动复制每个 points、cells、arrays... 易漏痛点：复制逻辑复杂、易不一致、不知共享还是独立内存。
GoF 原型结构
| 角色 | VTK 对应 |
|---|---|
| Prototype | vtkPolyData、vtkImageData 等 |
| clone | DeepCopy / ShallowCopy |
| 客户端 | Filter、缓存、Undo 栈 |
VTK 没有统一 virtual vtkObject* Clone()，但 数据对象族 一致提供 Copy API。
VTK 中的落点
DeepCopy vs ShallowCopy
| 方法 | 行为 |
|---|---|
ShallowCopy | 共享底层数组（引用计数），改一方可能影响另一方 |
DeepCopy | 复制数组内容，完全独立 |
cpp
vtkNew<vtkPolyData> copy;
copy->DeepCopy(original);vtkAlgorithm 输出作为原型
cpp
filter->Update();
vtkPolyData* proto = filter->GetOutput();
backup->DeepCopy(proto);New() + Copy 组合
cpp
vtkSmartPointer<vtkPolyData> a = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();
a->DeepCopy(source);底层逻辑
vtkDataArray 等支持共享后端存储：
- ShallowCopy 增加数组引用计数
- DeepCopy 分配新缓冲并
memcpy或逐元素复制
vtkFieldData、PointData、CellData 在 Copy 时递归处理。
MTime：DeepCopy 后新对象 Modified()，参与 Pipeline 缓存判断。
代码示例
cpp
#include <vtkPolyData.h>
#include <vtkSphereSource.h>
vtkNew<vtkSphereSource> src;
src->Update();
vtkNew<vtkPolyData> shallow;
shallow->ShallowCopy(src->GetOutput()); // 共享几何
vtkNew<vtkPolyData> deep;
deep->DeepCopy(src->GetOutput()); // 独立几何
// 修改 shallow 可能影响 src 输出；deep 安全Undo 快照（概念）
cpp
class MeshSnapshot {
vtkSmartPointer<vtkPolyData> m_state;
public:
void save(vtkPolyData* cur) {
m_state = vtkSmartPointer<vtkPolyData>::New();
m_state->DeepCopy(cur);
}
void restore(vtkPolyData* cur) { cur->DeepCopy(m_state); }
};易混淆点
| 对比 | 区别 |
|---|---|
| DeepCopy vs Pipeline 分支 | 拷贝是快照；管道是动态计算 |
| ShallowCopy vs 指针赋值 | ShallowCopy 仍新建 vtkPolyData 外壳，共享数组 |
| 原型 vs 工厂 New() | New 创建空对象；Copy 从已有实例复制 |
最佳实践与陷阱
- 要独立编辑必须 DeepCopy
- 大网格 DeepCopy 昂贵，考虑只拷贝必要数组
- 多线程 各线程 DeepCopy 独立数据，勿共享写 ShallowCopy
- Copy 后检查 GetNumberOfPoints 非 0
- ImageData 注意 spacing/origin 一并复制
重点与注意
重点：
DeepCopy= 独立副本；ShallowCopy= 共享底层数组（引用计数），改一方可能影响另一方。
重点：要独立编辑、多线程并行、Undo 快照，必须用 DeepCopy。
注意：VTK 没有统一Clone()虚函数，但数据对象族 API 一致，能说清DeepCopy/ShallowCopy语义即可。
注意：ShallowCopy 不是「拷贝指针」那么简单——外壳对象仍是新的，共享的是vtkDataArray内部缓冲。
小结
VTK 原型模式体现为 数据对象的 DeepCopy/ShallowCopy，是网格编辑、缓存、并行的基础操作。
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