VTK：交互与Widget——观察者/命令模式

1.绪论

一个强大的可视化系统不仅需要强大的数据处理能力，也需要方便易用的交互功能。图形处理软件ParaView、
德国癌症研究中心研发的MITK等开源软件系统都提供了强大的交互功能。VTK的交互功能除了可以监听来自鼠标、键盘等外部设备的消息，还可以在渲染场景中生成功能各异的交互部件（Widget），用于控制可视化过程的参数，达到用户的渲染要求。

2.观察者/命令模式

1.观察者/命令者是VTK里用比较多的设计模式。VTK中绝大多数的类都派生自vtkObject。查看类vtkObject的接口可以找到AddObserve（）、RemoveObserve（）、GetCommand（）等函数。
2.观察者/命令模式是指一个Object可以有多个Observe，他定义了对象间的一种“一对多”的依赖关系，当一个Object对象的状态发生改变时，所有依赖于它的Observe对象都得到通知而被自动更新。命令模式属于对象行为模式，他将一个请求封装为一个对象，并提供一致性发送请求的接口，当一个事件发生时，他不直接把事件传递给事件调用者，而是在命令和调用者之间增加一个中间者，讲这种直接关系切断，同时将两者都隔离。事件调用者只是和接口打交道，不和具体事件实现交互。
在VTK中，可以通过两种方式来实现观察者/命令模式，他们分别是使用时间回调函数、从VTKCommand派生出具体的子类。

1. 观察者-事件回调方案
   在vtkObject中，有如下函数：

unsigned long AddObserver(unsigned long event, vtkCommand *,  float priority = 0.0f);
unsigned long AddObserver(const char* event, vtkCommand *, float priority = 0.0f);

AddObserver()函数的作用就是针对某个事件添加挂插着到某个VTK对象中。当该对象发生观察者感兴趣的事件时，就会自动调用回调函数，执行相关操作。

1. 定义回调函数。
   回调函数的函数签名只能是以下形式：
   void long MyCallbackFunc(vtkObject* obj, unsigned long eid, void* clientdata, void* calldata);
   其中，
   obj：是调用事件的对象（即调用AddObserver()函数的对象，对应于本例的rwi）；
   eid：是所要监听的事件ID，VTK中的事件定义在vtkCommand.h文件中；
   clientdata：是与VTKCallbackCommand实例相关的数据，简单地说，是指回调函数里需要访问主程序里面得数据时，由主程序向回调函数传递的数据。
   calldata：是执行vtkObject::InvokeEvent()函数时，随着回调函数发送得数据，比如说，当调用ProgressEvent事件时，会自动发送当前的进度值作为callback。
2. 创建一个VTKCallbackCommand对象，并调用VTKCallbackCommand::SetCallback()函数设置所定义的回调函数。

//Step1：设置事件回调函数
vtkSmartPointer<vtkCallbackCommand> mouseCallback =
	vtkSmartPointer<vtkCallbackCommand>::New();
mouseCallback->SetCallback(MyCallbackFunc); //很重要！！！

3. 将VTKCallbackCommand对象添加到对象的观察者列表中。

//Step2：将vtkCallbackCommand对象添加到观察者列表。
rwi->SetRenderWindow(viewer->GetRenderWindow()); //唤醒显示窗口
rwi->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonPressEvent, mouseCallback);

#include "Test.h"
#include 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include 

long cntPress = 0;
void MyCallbackFunc(vtkObject*, unsigned long eid, void* clientdata, void* calldata)
{
	std::cout << "You have clicked : " << ++cntPress << " times" << std::endl;
}


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

int main()
{
	vtkSmartPointer<vtkJPEGReader> reader =
		vtkSmartPointer<vtkJPEGReader>::New();
	reader->SetFileName("data/lena.jpg");
	reader->Update();

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> viewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	viewer->SetInputData(reader->GetOutput());

	viewer->GetRenderer()->SetBackground(0, 0, 0);
	viewer->SetSize(480, 320);
	viewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("Observer-Callback");

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	viewer->SetupInteractor(rwi);
	viewer->Render();
	/*************************************************************/
	//Step1：设置事件回调函数
	vtkSmartPointer<vtkCallbackCommand> mouseCallback =
		vtkSmartPointer<vtkCallbackCommand>::New();
	mouseCallback->SetCallback(MyCallbackFunc); //很重要！！！

	//Step2：将vtkCallbackCommand对象添加到观察者列表。
	rwi->SetRenderWindow(viewer->GetRenderWindow()); //唤醒显示窗口
	rwi->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonPressEvent, mouseCallback);

	rwi->Initialize();
	rwi->Start();
	return 0;
}

VTK中的vtkRenderWindowInteractor提供了一种独立于平台的交互机制，用来响应不同平台的鼠标、按键和时钟等消息。当渲染窗口中有事件发生时（比如说单机消息），vtkRenderWindowInteractor内部会调用与平台相关的子类，将该消息转换成对应平台的消息。因此，该例的核心在于：通过vtkRenderWindowInteractor来监听鼠标左键的消息，一旦监听到对象的观察者列表中的消息时，程序会自动调用事件回调函数。

2.2 vtkCommand子类
观察者/命令模式除了使用事件回调函数外，还可以直接从vtkCommand类中派生出子类来实现

#include 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

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

class myCallback :public vtkCommand
{
public:
	static myCallback* New()
	{
		return new myCallback;
	}
	void SetObject(vtkConeSource* cone)
	{
		m_cone = cone;
	}
	virtual void Execute(vtkObject* caller, unsigned long eventId, void* callData)
	{
		std::cout << "LeftButton has been pressed: " << std::endl
			<< "The Height: " << m_cone->GetHeight() << std::endl
			<< "The Radius: " << m_cone->GetRadius() << std::endl;
	}

private:
	vtkConeSource* m_cone;
};
int main()
{
	vtkSmartPointer<vtkConeSource> cone =
		vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();
	cone->SetHeight(10);
	cone->SetRadius(4);
	cone->Update();
	/*************************************************************/
	vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =
		vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
	mapper->SetInputConnection(cone->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkActor> actor =
		vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
	actor->SetMapper(mapper);

	vtkSmartPointer<vtkRenderer> render =
		vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
	render->AddActor(actor);
	render->SetBackground(1, 1, 1);

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> rw =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
	rw->AddRenderer(render);
	rw->SetWindowName("Interaction By SubCommand");
	rw->SetSize(320, 320);

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	rwi->SetRenderWindow(rw);


	vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera> style =
		vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleTrackballCamera>::New();
	rwi->SetInteractorStyle(style);

	vtkSmartPointer<myCallback> callback =
		vtkSmartPointer<myCallback>::New();
	callback->SetObject(cone);

	rwi->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonPressEvent, callback);
	rwi->Initialize();
	rwi->Start();
	return 0;
}

基于“观察者-vtkCommand子类”的实现方案也遵循三个步骤。

1. 从vtkCommand类中派生出子类，并实现vtkCommand::Execute()虚函数。
   该函数原型为：
   virtual void Execute(vtkObject* caller, unsigned long eventId, void* callData ）= 0；
   Execute()时纯虚函数，所以，从vtkCommand派生类中都必须要实现这个方法。
   2.实例化vtkCommand子类的对象，并调用相关的方法。
   3.调用观察者函数。
   调用AddObserver()函数监听感兴趣的事件，如果所监听的事件发生，就会调用vtkCommand子类中定义的Execute()函数。
   因此，针对所监听的事件，程序需要把实现的功能放在Execute函数中。