VTK修炼之道78：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：

#include 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL)
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType)
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle)

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 
//this->Interactor->GetRenderWindow()->GetRenderers()->GetFirstRenderer()
#include  
#include 
#include   //vtkStandardNewMacro();
#include 

#include 
#include 
/**************************************************************************************************/
class PointPickerInteractorStyle : public vtkInteractorStyleTrackballCamera
{
public:
	static PointPickerInteractorStyle* New();
	vtkTypeMacro(PointPickerInteractorStyle, vtkInteractorStyleTrackballCamera);

	virtual void OnLeftButtonDown()
	{
		//打印鼠标左键像素位置
		std::cout << "Picking pixel: " << this->Interactor->GetEventPosition()[0] 
			<< " " << this->Interactor->GetEventPosition()[1] << std::endl;
		//注册拾取点函数
		this->Interactor->GetPicker()->Pick(
			this->Interactor->GetEventPosition()[0],
			this->Interactor->GetEventPosition()[1], 0,  // always zero.
			this->Interactor->GetRenderWindow()->GetRenderers()->GetFirstRenderer()
			);
		//打印拾取点空间位置
		double picked[3];
		this->Interactor->GetPicker()->GetPickPosition(picked);
		std::cout << "Picked value: " << picked[0] << " " << picked[1] << " " << picked[2] << std::endl;
		//对拾取点进行标记
		vtkSmartPointer sphereSource =
			vtkSmartPointer::New();
		sphereSource->Update();

		vtkSmartPointer mapper =
			vtkSmartPointer::New();
		mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

		vtkSmartPointer actor = vtkSmartPointer::New();
		actor->SetMapper(mapper);
		actor->SetPosition(picked);
		actor->SetScale(0.05);
		actor->GetProperty()->SetColor(1.0, 0.0, 0.0);
		this->Interactor->GetRenderWindow()->GetRenderers()->GetFirstRenderer()->AddActor(actor);

		vtkInteractorStyleTrackballCamera::OnLeftButtonDown();
	}
};
/**************************************************************************************************/

vtkStandardNewMacro(PointPickerInteractorStyle);

int main()
{
	vtkSmartPointer sphereSource =
		vtkSmartPointer::New();
	sphereSource->Update();

	vtkSmartPointer mapper =
		vtkSmartPointer::New();
	mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());
	vtkSmartPointer actor =
		vtkSmartPointer::New();
	actor->SetMapper(mapper);

	vtkSmartPointer renderer =
		vtkSmartPointer::New();
	renderer->AddActor(actor);
	renderer->SetBackground(1, 1, 1);

	vtkSmartPointer renderWindow =
		vtkSmartPointer::New();
	renderWindow->Render();
	renderWindow->SetWindowName("PointPicker");
	renderWindow->AddRenderer(renderer);

	vtkSmartPointer pointPicker =
		vtkSmartPointer::New();

	vtkSmartPointer renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer::New();
	renderWindowInteractor->SetPicker(pointPicker);
	renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

	vtkSmartPointer style =
		vtkSmartPointer::New();
	renderWindowInteractor->SetInteractorStyle(style);
	/////////////////////////////////////////////////////////
	vtkSmartPointer  Axes = vtkSmartPointer::New();
	vtkSmartPointer  widget =
		vtkSmartPointer::New();
	widget->SetInteractor(renderWindowInteractor);
	widget->SetOrientationMarker(Axes);
	widget->SetOutlineColor(1, 1, 1);
	widget->SetViewport(0, 0, 0.2, 0.2);
	widget->SetEnabled(1);
	widget->InteractiveOn();
	////////////////////////////////////////////////////////////
	renderWindow->Render();
	renderWindowInteractor->Start();

	return 0;
}

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

vtkSmartPointer pointPicker =
	vtkSmartPointer::New();

vtkSmartPointer renderWindowInteractor =
	vtkSmartPointer::New();
renderWindowInteractor->SetPicker(pointPicker);
renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

vtkSmartPointer style =
	vtkSmartPointer::New();
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。

2.参看资料

1.《C++ primer》
2.《The VTK User’s Guide – 11thEdition》
3.  张晓东, 罗火灵. VTK图形图像开发进阶[M]. 机械工业出版社, 2015.