4.2 Using VTK Interactors

• VTK提供了兩種和可視化結(jié)果互動(dòng)的方法：
  • 用系統(tǒng)自帶的vtkRenderWindowInteractor
  • 創(chuàng)建自己的Interactor，綁定一些事件在上面
• 如果是用解釋性語(yǔ)言(python, tcl)編寫的程序膘融，還可以在運(yùn)行時(shí)敲入命令來交互嚎尤。

vtkRenderWindowInteractor

• 最簡(jiǎn)單的和可視化數(shù)據(jù)交互的方式就是例化一個(gè)vtkRenderWindowInteractor踢关，這個(gè)類有一些事先設(shè)定好的事件(event)和動(dòng)作(action)勺馆，并且可以被override。它可以控制camera和actor拗秘，由兩種交互風(fēng)格(interaction style):
  • position sensitive (joystick mode) 操縱桿模式
  • motion sensitive (trackball mode) 軌跡球模式
• vtkRenderWindowInteractor支持以下事件：
  • j / t : j是切換到joystick mode, t是切換到trackball mode圣絮。joystick模式下，鼠標(biāo)在顯示窗口中按住雕旨，動(dòng)作就會(huì)持續(xù)發(fā)生扮匠；trackball模式下，鼠標(biāo)按下并且拖動(dòng)鼠標(biāo)凡涩，動(dòng)作才會(huì)發(fā)生棒搜。
  • c / a : c是切換到camera控制，a是切換到actor控制活箕。
  • 鼠標(biāo)左鍵：旋轉(zhuǎn)
  • 鼠標(biāo)中鍵：拖動(dòng)
  • 鼠標(biāo)右鍵：縮放
  • 3：切換到紅藍(lán)3D顯示力麸，戴上紅藍(lán)眼鏡能看到3D效果
  • e：退出程序
  • f：fly-to the point under the cursor，個(gè)人測(cè)試下來覺得是將物體以鼠標(biāo)當(dāng)前位置為中心顯示出來育韩。
  • p：進(jìn)行pick操作克蚂，vtkRenderWindowInteractor有一個(gè)內(nèi)置的vtkPropPicker成員用來執(zhí)行pick操作。(pick的含義在后文會(huì)解釋)
  • r：reset座慰，沿著當(dāng)前的視角方向重置camera視角陨舱，將actor放置在中心，重置camera使得所有的actor都能顯示出來版仔。
  • s：使所有的actors都以surface的形式顯示
  • u：在解釋型語(yǔ)言中游盲，按u來輸入用戶指令。
  • w：使所有的actors都以wireframe的形式顯示

wireframe

surface

4.3 Filtering Data

之前的例子都是source object直接連入mapper object蛮粮，中間沒有filters益缎。filters的連接是通過SetInput()和GetOutput()方法。
這里舉的一個(gè)例子就是在之前的例子中加入了一個(gè)filter然想。核心的代碼如下：

// set filter
vtkShrinkPolyData shrink  = vtkShrinkPolyData::New();
shrink->SetInput(part->GetOutput());
shrink->SetShrinkFactor(0.85);
// set Mapper
vtkPolyDataMapper partMapper = vtkPolyDataMapper::New();
partMapper->SetInput(shrink->GetOutput());

由于vtk這個(gè)例子只有python和tcl的版本莺奔，這里我就偷懶直接用python腳本運(yùn)行了，要用vtk的python wrapper变泄，可以用$VTK_BUILD/bin/vtkpython令哟，在/usr/local/bin中也有vtkpython恼琼，但不知道為何顯示import vtk失敗，可能是環(huán)境變量沒有配置好屏富，不過在vtk安裝目錄下的那個(gè)是可以用的晴竞，運(yùn)行結(jié)果如下：

shrink filter

這個(gè)shrink filter的含義從字面上沒法理解，有待進(jìn)一步研究……

4.4 Controlling The Camera

• 有兩種方式來操控camera：
  • 先例化camrea狠半，再設(shè)置給renderer

vtkCamera cam1 = vtkCamera::New();
cam1->...  // 設(shè)置cam1的屬性
vtkRenderer ren1 = vtkRenderer::New();
ren1->SetActiveCamera(cam1);

- 從renderer中得到默認(rèn)的camera噩死，對(duì)其進(jìn)行屬性設(shè)置

cam1 = ren1->GetActiveCamera();
cam1->...   // 設(shè)置cam1屬性

• camera的屬性設(shè)置在使用時(shí)才有體會(huì)，這個(gè)在日后的使用中可以逐漸學(xué)習(xí)神年。

4.5 Controlling Lights

• Light比camera更容易控制已维，常見的幾個(gè)方法是SetPosition(), SetFocalPoint(), SetColor()。默認(rèn)情況下已日，vtkLight是一個(gè)平行光源垛耳，即光源在無限遠(yuǎn)的位置，投射在物體上的光線是平行的捂敌。
• 常用的Light設(shè)置為headlight艾扮，即light和camera的位置、焦點(diǎn)都一致占婉。

4.6 Controlling 3D Props

• Prop這個(gè)詞本意是舞臺(tái)上的道具泡嘴，在VTK里面引申為顯示在窗口中的物體。vtkActor是vtkProp3D的一個(gè)子類逆济，它的幾何構(gòu)成由多邊形和連線確定酌予。

vtkProp3D的位置

• 我們已經(jīng)看過如何控制camera來改變物體的顯示。同樣的奖慌，我們可以保持camera不變抛虫，直接控制Prop：
  • SetPosition(x, y, z)：在世界坐標(biāo)系(world coordinate)中指定vtkProp3D的位置。
  • AddPosition(x, y, z)：Translate the Prop.
  • RotateX(theta), RotateY(theta), RotateZ(theta)简僧，繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)theta角度建椰。
  • SetOrientation(x, y, z)：指定Prop的朝向，先調(diào)整Z軸岛马，其次X棉姐，最后Y軸。
  • AddOrientation(x, y, z)：在現(xiàn)有的朝向上增加角度啦逆。
  • RotateWXYZ(theta, x, y, z)：以指定的xyz向量旋轉(zhuǎn)Prop theta角度伞矩。
  • Scale(sx, sy, sz)：在xyz軸上調(diào)整Prop的大小。
  • SetOrigin(x, y, z)：設(shè)置Prop的原點(diǎn)夏志，Prop的旋轉(zhuǎn)和放大都是圍繞著Origin操作的乃坤。
• 最重要的一點(diǎn)：上述這些操作在VTK中是以一個(gè)固定的順序執(zhí)行的：

Shift to Origin -> Scale -> Rotate Y -> Rotate X -> Rotate X -> Shift from Origin -> Translate

• 不同的操作順序?qū)е碌慕Y(jié)果會(huì)大相徑庭。

Actors

• Actors是最常用的vtkProp3D子類，它把一系列的渲染屬性例如表面屬性(e.g. 反射光照)湿诊，表現(xiàn)方式(e.g. surface模式/wireframe模式)狱杰，材質(zhì)貼圖等集合在一起。(class的作用)
• 定義Geometry數(shù)據(jù)來源用SetMapper()方法厅须，之前已經(jīng)見過多次浦旱。Mapper是連接Visualization pipeline和Graphics pipeline的橋梁。
• vtkProperty的class控制著Actor的屬性九杂，和camera一樣，可以先例化再賦值(actor->SetProperty(property))宣蠕，或者先得到再寫屬性(actor->GetProperty())例隆。
• 顏色可能是actor最重要的屬性。SetColor(doule r, double g, double b)抢蚀，rgb的值都在[0, 1]的范圍內(nèi)镀层。也可以分別設(shè)置Ambient/Diffuse/Specular的顏色。
• Actor的透明度可以設(shè)置皿曲，尤其在需要看到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時(shí)候有用唱逢。actor->GetProperty()->SetOpacity(double opacity);。透明度的渲染是用了α-blending的方法屋休，所以當(dāng)有多個(gè)透明actor時(shí)坞古，渲染的順序尤為重要，最好是把透明的actor放在渲染列表的最后(這一段現(xiàn)在還不是很理解 TODO)

Level-Of-Detail Actors

• 加入了interactor之后劫樟，它會(huì)自動(dòng)控制顯示的幀率痪枫，在運(yùn)動(dòng)時(shí)以高幀率/低分辨率顯示，在靜止時(shí)以低幀率/高分辨率顯示

Assemblies

• Actors可以被組合成有層次的集合叠艳，當(dāng)assembly中一個(gè)actor運(yùn)動(dòng)的時(shí)候奶陈，其他actor也會(huì)隨之而動(dòng)。例如機(jī)器人的手臂可能由上臂附较、小臂吃粒、手腕、手構(gòu)成拒课，他們之間通過joint連接徐勃，而上臂繞著肩膀旋轉(zhuǎn)時(shí)，下面的部分也應(yīng)該跟著旋轉(zhuǎn)捕发。這時(shí)就可以用到Assembly疏旨，它也是vtkActor的一個(gè)子類。

cone + cylinder + cube + sphere 構(gòu)成的 assembly

• vtkAssembly盡管是vtkActor的子類扎酷，但它并沒有自身的Property和Mapper檐涝，只能設(shè)置它的Position信息。因此Assembly內(nèi)部的元素必須自身包含了各自的屬性和連接的Mapper。
• Assembly可以層級(jí)包含谁榜，在最后renderer中AddActor()時(shí)只需要添加最外圍的Assembly幅聘，里面的各個(gè)元素包括內(nèi)部的小Assembly會(huì)遞歸渲染。一個(gè)actor可以被包含在多個(gè)Assembly中窃植，只要不出現(xiàn)自身包含自身的情況即可帝蒿。

Volumes

• 回憶上一章中，vtkProp3D主要有兩個(gè)子類：vtkActor和vtkVolume巷怜，vtkVolume也從vtkProp3D中繼承了一系列操作position和orientation的方法葛超，此外，它也有自身的屬性設(shè)置vtkVolumeProperty延塑。(Volume這個(gè)詞的含義還需要探究绣张，有些資料里說是“體渲染” TODO) 下面是一個(gè)Volume的例子：

SimpleRayCast.py