VTK草稿4

4.2 Using VTK Interactors

• VTK提供了两种和可视化结果互动的方法：
  • 用系统自带的vtkRenderWindowInteractor
  • 创建自己的Interactor，绑定一些事件在上面
• 如果是用解释性语言(python, tcl)编写的程序，还可以在运行时敲入命令来交互。

vtkRenderWindowInteractor

• 最简单的和可视化数据交互的方式就是例化一个vtkRenderWindowInteractor，这个类有一些事先设定好的事件(event)和动作(action)，并且可以被override。它可以控制camera和actor，由两种交互风格(interaction style):
  • position sensitive (joystick mode) 操纵杆模式
  • motion sensitive (trackball mode) 轨迹球模式
• vtkRenderWindowInteractor支持以下事件：
  • j / t : j是切换到joystick mode, t是切换到trackball mode。joystick模式下，鼠标在显示窗口中按住，动作就会持续发生；trackball模式下，鼠标按下并且拖动鼠标，动作才会发生。
  • c / a : c是切换到camera控制，a是切换到actor控制。
  • 鼠标左键：旋转
  • 鼠标中键：拖动
  • 鼠标右键：缩放
  • 3：切换到红蓝3D显示，戴上红蓝眼镜能看到3D效果
  • e：退出程序
  • f：fly-to the point under the cursor，个人测试下来觉得是将物体以鼠标当前位置为中心显示出来。
  • p：进行pick操作，vtkRenderWindowInteractor有一个内置的vtkPropPicker成员用来执行pick操作。(pick的含义在后文会解释)
  • r：reset，沿着当前的视角方向重置camera视角，将actor放置在中心，重置camera使得所有的actor都能显示出来。
  • s：使所有的actors都以surface的形式显示
  • u：在解释型语言中，按u来输入用户指令。
  • w：使所有的actors都以wireframe的形式显示

wireframe surface

4.3 Filtering Data

之前的例子都是source object直接连入mapper object，中间没有filters。filters的连接是通过SetInput()和GetOutput()方法。
这里举的一个例子就是在之前的例子中加入了一个filter。核心的代码如下：

// 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这个例子只有python和tcl的版本，这里我就偷懒直接用python脚本运行了，要用vtk的python wrapper，可以用$VTK_BUILD/bin/vtkpython，在/usr/local/bin中也有vtkpython，但不知道为何显示import vtk失败，可能是环境变量没有配置好，不过在vtk安装目录下的那个是可以用的，运行结果如下：

shrink filter

这个shrink filter的含义从字面上没法理解，有待进一步研究……

4.4 Controlling The Camera

• 有两种方式来操控camera：
  • 先例化camrea，再设置给renderer

vtkCamera cam1 = vtkCamera::New();
cam1->...  // 设置cam1的属性
vtkRenderer ren1 = vtkRenderer::New();
ren1->SetActiveCamera(cam1);

- 从renderer中得到默认的camera，对其进行属性设置

cam1 = ren1->GetActiveCamera();
cam1->...   // 设置cam1属性

• camera的属性设置在使用时才有体会，这个在日后的使用中可以逐渐学习。

4.5 Controlling Lights

• Light比camera更容易控制，常见的几个方法是SetPosition(), SetFocalPoint(), SetColor()。默认情况下，vtkLight是一个平行光源，即光源在无限远的位置，投射在物体上的光线是平行的。
• 常用的Light设置为headlight，即light和camera的位置、焦点都一致。

4.6 Controlling 3D Props

• Prop这个词本意是舞台上的道具，在VTK里面引申为显示在窗口中的物体。vtkActor是vtkProp3D的一个子类，它的几何构成由多边形和连线确定。

vtkProp3D的位置

• 我们已经看过如何控制camera来改变物体的显示。同样的，我们可以保持camera不变，直接控制Prop：
  • SetPosition(x, y, z)：在世界坐标系(world coordinate)中指定vtkProp3D的位置。
  • AddPosition(x, y, z)：Translate the Prop.
  • RotateX(theta), RotateY(theta), RotateZ(theta)，绕坐标轴旋转theta角度。
  • SetOrientation(x, y, z)：指定Prop的朝向，先调整Z轴，其次X，最后Y轴。
  • AddOrientation(x, y, z)：在现有的朝向上增加角度。
  • RotateWXYZ(theta, x, y, z)：以指定的xyz向量旋转Prop theta角度。
  • Scale(sx, sy, sz)：在xyz轴上调整Prop的大小。
  • SetOrigin(x, y, z)：设置Prop的原点，Prop的旋转和放大都是围绕着Origin操作的。
• 最重要的一点：上述这些操作在VTK中是以一个固定的顺序执行的：

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

• 不同的操作顺序导致的结果会大相径庭。

Actors

• Actors是最常用的vtkProp3D子类，它把一系列的渲染属性例如表面属性(e.g. 反射光照)，表现方式(e.g. surface模式/wireframe模式)，材质贴图等集合在一起。(class的作用)
• 定义Geometry数据来源用SetMapper()方法，之前已经见过多次。Mapper是连接Visualization pipeline和Graphics pipeline的桥梁。
• vtkProperty的class控制着Actor的属性，和camera一样，可以先例化再赋值(actor->SetProperty(property))，或者先得到再写属性(actor->GetProperty())。
• 颜色可能是actor最重要的属性。SetColor(doule r, double g, double b)，rgb的值都在[0, 1]的范围内。也可以分别设置Ambient/Diffuse/Specular的颜色。
• Actor的透明度可以设置，尤其在需要看到内部结构的时候有用。actor->GetProperty()->SetOpacity(double opacity);。透明度的渲染是用了α-blending的方法，所以当有多个透明actor时，渲染的顺序尤为重要，最好是把透明的actor放在渲染列表的最后(这一段现在还不是很理解 TODO)

Level-Of-Detail Actors

• 加入了interactor之后，它会自动控制显示的帧率，在运动时以高帧率/低分辨率显示，在静止时以低帧率/高分辨率显示

Assemblies

• Actors可以被组合成有层次的集合，当assembly中一个actor运动的时候，其他actor也会随之而动。例如机器人的手臂可能由上臂、小臂、手腕、手构成，他们之间通过joint连接，而上臂绕着肩膀旋转时，下面的部分也应该跟着旋转。这时就可以用到Assembly，它也是vtkActor的一个子类。

cone + cylinder + cube + sphere 构成的 assembly

• vtkAssembly尽管是vtkActor的子类，但它并没有自身的Property和Mapper，只能设置它的Position信息。因此Assembly内部的元素必须自身包含了各自的属性和连接的Mapper。
• Assembly可以层级包含，在最后renderer中AddActor()时只需要添加最外围的Assembly，里面的各个元素包括内部的小Assembly会递归渲染。一个actor可以被包含在多个Assembly中，只要不出现自身包含自身的情况即可。

Volumes

• 回忆上一章中，vtkProp3D主要有两个子类：vtkActor和vtkVolume，vtkVolume也从vtkProp3D中继承了一系列操作position和orientation的方法，此外，它也有自身的属性设置vtkVolumeProperty。(Volume这个词的含义还需要探究，有些资料里说是“体渲染” TODO) 下面是一个Volume的例子：

SimpleRayCast.py