VTK 交互与拾取_点拾取

1.拾取

选择拾取是人机交互过程的一个重要功能。

一个最经典的例子就是，在玩3D游戏时，场景中可能会存在多个角色，有时需要用鼠标来选择所要控制的角色，这就要用到拾取功能。

另外，在某些三维图形的编辑软件中，经常需要编辑其中的一个点、一个面片或者一个局部区域，这也需要通过拾取功能来完成。

VTK中定义了多个拾取功能的类，具体的继承关系如下：

VTK中所有的拾取类都继承自vtkAbstractPicker类，在这些类的基础之上可以实现非常复杂的功能。

2.点拾取

从上图中能够知晓，完成点拾取功能的类是vtkPointPicker。

vtk中的消息是通过vtkRenderWindowInteractor类处理的，在类vtkRenderWindowInteractor中，定义如下函数：

virtual void SetPicker(vtkAbstractPicker* );

该函数用来设置具体的VTKAbstractPicker对象，并执行相应的拾取操作。因此对于点拾取，实际就是设置VTKPointPicker的过程。

之前，曾经细致的研究过，vtkRenderWindowInteractor内部定义了一个vtkInteractorStyle对象。vtkInteractorStyle类是一个虚基类，其子类定义了多种鼠标和键盘消息的处理方法，在实现拾取操作是，需要定制相应的鼠标消息处理函数。比如拾取某个点时，应该响应鼠标的左键按下消息，并在响应该消息的函数中根据鼠标的当前窗口坐标来完成拾取操作。

点拾取的示例代码如下：

  1 #include <vtkAutoInit.h>
  2 VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL)
  3 VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType)
  4 VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle)
  5  
  6 #include <vtkSmartPointer.h>
  7 #include <vtkSphereSource.h>
  8 #include <vtkPolyDataMapper.h>
  9 #include <vtkActor.h>
 10 #include <vtkRenderer.h>
 11 #include <vtkRenderWindow.h>
 12 #include <vtkRenderWindowInteractor.h>
 13  
 14 #include <vtkPointPicker.h>
 15 //this->Interactor->GetRenderWindow()->GetRenderers()->GetFirstRenderer()
 16 #include <vtkRendererCollection.h> 
 17 #include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h>
 18 #include <vtkObjectFactory.h>  //vtkStandardNewMacro();
 19 #include <vtkProperty.h>
 20  
 21 #include <vtkAxesActor.h>
 22 #include <vtkOrientationMarkerWidget.h>
 23 /**************************************************************************************************/
 24 class PointPickerInteractorStyle : public vtkInteractorStyleTrackballCamera
 25 {
 26 public:
 27     static PointPickerInteractorStyle* New();
 28     vtkTypeMacro(PointPickerInteractorStyle, vtkInteractorStyleTrackballCamera);
 29  
 30     virtual void OnLeftButtonDown()
 31     {
 32         //打印鼠标左键像素位置
 33         std::cout << "Picking pixel: " << this->Interactor->GetEventPosition()[0] 
 34             << " " << this->Interactor->GetEventPosition()[1] << std::endl;
 35         //注册拾取点函数
 36         this->Interactor->GetPicker()->Pick(
 37             this->Interactor->GetEventPosition()[0],
 38             this->Interactor->GetEventPosition()[1], 0,  // always zero.
 39             this->Interactor->GetRenderWindow()->GetRenderers()->GetFirstRenderer()
 40             );
 41         //打印拾取点空间位置
 42         double picked[3];
 43         this->Interactor->GetPicker()->GetPickPosition(picked);
 44         std::cout << "Picked value: " << picked[0] << " " << picked[1] << " " << picked[2] << std::endl;
 45         //对拾取点进行标记
 46         vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource =
 47             vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
 48         sphereSource->Update();
 49  
 50         vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =
 51             vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
 52         mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());
 53  
 54         vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
 55         actor->SetMapper(mapper);
 56         actor->SetPosition(picked);
 57         actor->SetScale(0.05);
 58         actor->GetProperty()->SetColor(1.0, 0.0, 0.0);
 59         this->Interactor->GetRenderWindow()->GetRenderers()->GetFirstRenderer()->AddActor(actor);
 60  
 61         vtkInteractorStyleTrackballCamera::OnLeftButtonDown();
 62     }
 63 };
 64 /**************************************************************************************************/
 65  
 66 vtkStandardNewMacro(PointPickerInteractorStyle);
 67  
 68 int main()
 69 {
 70     vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource =
 71         vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
 72     sphereSource->Update();
 73  
 74     vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =
 75         vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
 76     mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());
 77     vtkSmartPointer<vtkActor> actor =
 78         vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
 79     actor->SetMapper(mapper);
 80  
 81     vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer =
 82         vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
 83     renderer->AddActor(actor);
 84     renderer->SetBackground(1, 1, 1);
 85  
 86     vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
 87         vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
 88     renderWindow->Render();
 89     renderWindow->SetWindowName("PointPicker");
 90     renderWindow->AddRenderer(renderer);
 91  
 92     vtkSmartPointer<vtkPointPicker> pointPicker =
 93         vtkSmartPointer<vtkPointPicker>::New();
 94  
 95     vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
 96         vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
 97     renderWindowInteractor->SetPicker(pointPicker);
 98     renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
 99  
100     vtkSmartPointer<PointPickerInteractorStyle> style =
101         vtkSmartPointer<PointPickerInteractorStyle>::New();
102     renderWindowInteractor->SetInteractorStyle(style);
103     /
104     vtkSmartPointer<vtkAxesActor>  Axes = vtkSmartPointer<vtkAxesActor>::New();
105     vtkSmartPointer<vtkOrientationMarkerWidget>  widget =
106         vtkSmartPointer<vtkOrientationMarkerWidget>::New();
107     widget->SetInteractor(renderWindowInteractor);
108     widget->SetOrientationMarker(Axes);
109     widget->SetOutlineColor(1, 1, 1);
110     widget->SetViewport(0, 0, 0.2, 0.2);
111     widget->SetEnabled(1);
112     widget->InteractiveOn();
113     
114     renderWindow->Render();
115     renderWindowInteractor->Start();
116  
117     return 0;
118 }

实际操作细节分析：

vtkInteractorStyleTrackballCemera派生类设计

PointPickerInteractorStyle类从vtkInteractorStyleTrackballCemera派生，并覆盖了该类OnLeftButtonDown()函数。在该函数中，调用了vtkRenderWindowInteractor的GetEventPosition()函数输出鼠标点击的屏幕坐标。

拾取函数Pick()设计

int Pick(double selectionX, double selectionY, double selectionZ, vtkRender* renderer);

该函数需要接受四个参数，前三个为（selectionX，selectionY，selectionZ），即鼠标的当前窗口坐标，其中selectionZ通常为零。最后一个是vtkRenderer对象。

GetPackPosition()是指世界坐标系下拾取点的坐标
mian()函数中设计拾取调用流程

 1 vtkSmartPointer<vtkPointPicker> pointPicker =
 2     vtkSmartPointer<vtkPointPicker>::New();
 3  
 4 vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
 5     vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
 6 renderWindowInteractor->SetPicker(pointPicker);
 7 renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
 8  
 9 vtkSmartPointer<PointPickerInteractorStyle> style =
10     vtkSmartPointer<PointPickerInteractorStyle>::New();
11 renderWindowInteractor->SetInteractorStyle(style);

实例化vtkPointPicker对象以后，调用vtkRenderWindowInteractor::SetPicker()函数将其设置到渲染窗口交互器中。PointPickerInteractorStyle类与vtkInteractorStyleImage等交互器样式使用方法一致。