My OpenVDB HandBook：1. Overview

OpenVDB 是Vlometric Dynamic B+ tree like 的缩写，作为梦工厂的开源体渲染解决的方案，发展到今天它已经不仅仅是一种体素存储格式了，还包含了各种无所不包的工具，包括体素转mesh，mesh转体素，各种加速工具，Viewer和一个简单的volume renderer等. 不过VDB的文档至今仍然十分不完善，写这个cookbook是为了记录自己的学习过程. 第一篇就先讨论VDB的各种概念和它本身的代码特点.

1. Tree & Grid

OpenVDB的理论基础和数据结构特点都在 Ken Museth 的这篇paper里

http://www.museth.org/Ken/Publications_files/Museth_TOG13.pdf

强烈推荐阅读，而我对OpenVDB存储结构的总结就是：

- Height balanced N-tree with Hash map

也就是说VDB是类似八叉树一样的树形结构，但是VDB的branching factor每层不同，保证了随机访问不需要查找很多层，而对于root节点VDB使用了Hashmap 加速. 和数据库中常用的B+ 树一样，VDB也有Internal Node Leaf Node 等各层节点，而真正的体素值，是存储于Leaf Node上的.

OpenVDB的voxel值的存储分成inactive和active两种状态，这一特点在表示某些特殊类型的体积数据时会很有用，下面会说到.

所以VDB里最基础的结构也就是openvdb::tree. VDB是一个TML heavily used 的库，而在定义各种tree时VDB也是用模板参数确定树的结构的. 例如最常用的FloatTree:

typedef tree::Tree4<float,   5, 4, 3>::Type     FloatTree;

这是一个四层的树(root node; Internal node; Internal node; Leaf node)，每层的branching factor为 5,4,3.(这也是VDB规定的一般的树形结构).

而Grid则是VDB对Tree类型的封装，加上了BBox等非常重要的信息. 可以由Grid得到Tree(Grid.tree()).

2.Tile, Voxel, and Background Values

一般而言voxel是存储在LeafNode里用(i,j,k)这样的index索引的值，不过一个非LeafNode也可以有value, 也就是tile value. 比如一个InterNode(888)有tile value 1,也就是相当于一个888的均匀的值为1的立方体. 一个Grid的Background value是指当你的(i,j,k)索引索引不到Node或者Voxel时返回给你的值

3.Level set & fog

OpenVDB 经常用来表示和存储的就是Level sets 和 fog volumes. 利用上面说到的voxel的两种状态，Level set水平集是由一个外部区域（voxel为inactive,并且到levelset平面有正的距离(常量)),一个内部区域(voxel也为inactive，到levelset平面有负的距离(常量))，和一个非常狭窄的Active voxels的平面构成. level set 适合表示水面等形状的体积数据

Fog volume也由类似的三部分区域构成，只不过对于fog volume. 内部体素的值都是1，外部体素的值都为0.

4.Iterators

访问树形结构的iterators. OpenVDB提供了三种:

• Tree:ValueIter : 访问每个value一次,也就是上面所说的tile 或者是 voxel,同时也提供了得到Bounding box的方法
• Tree::LeafIter : 只访问树的最底层也就是Leaf Node.
• Tree::NodeIter : 访问每个Node一次,可以方便得到Node的所有信息.

5.Value Accessor

OpenVDB一个很大的优势就是加速了体素的随机访问,Value Accessor就是很方便的查询(i,j,k)坐标的体素, 同时还提供了方法能把world space坐标转化为Index space coordinates, 可以非常方便的访问体素, 用Gird.getAccessor()可以很方便的拿到ValueAccessor类.

ValueAccessor是拥有cache based acceleration的,因此当多个线程访问同一个grid的时候,需要给每个线程都分配一个Accessor.