VTK_Learning_三维图像切片（二）———鼠标交互（回调函数、观察者-命令模式）

学习三维图像切面的提取后，我们可以实现一个稍微复杂的程序——通过滑动鼠标来切换三维图像切片，这也是医学图像处理软件中一个很基本的功能。实现该功能难点是怎样在VTK中控制鼠标来实时提取图像切片。我们采用观察者/命令(Observer/Command)模式机制来实现。
VTK中鼠标消息是在交互类型对象（interactorstyle）中响应，因此通过为交互类型对象（interactorstyle）添加观察者（observer）来监听相应的消息，当消息触发时，由命令模式执行相应的回调函数。

1.鼠标滑动提取三维图像切片--重新定义切片中心

//记下鼠标Y向变化的幅值大小
int deltaY = lastPos[1] - currPos[1];

//记下鼠标X向变化的幅值大小
int deltaX = lastPos[0] - currPos[0];

//reslice->Update();
double sliceSpacing = reslice->GetOutput()->GetSpacing()[2];
vtkMatrix4x4 *matrix = reslice->GetResliceAxes();
//重新定位切片需要经过的中心点
double point[4];
double center[4];
point[0] = 0;
point[1] = 0;
point[2] = sliceSpacing * deltaY;
point[3] = 1.0;
matrix->MultiplyPoint(point, center);
matrix->SetElement(0, 3, center[0]);
matrix->SetElement(1, 3, center[1]);
matrix->SetElement(2, 3, center[2]);

鼠标竖直滑动重新定义切片的中心位置。注意：理解MultiplyPoint 是两个矩阵相乘，表示  center4*1  =  matrix4*4  乘以  point4*1。

 2.鼠标滑动设置窗宽、窗位--重新定义窗位的位置

static double colorWindowLevel = 500;
static double colorWindowWith = 2000;
colorWindowLevel += deltaX;

colorMap->GetLookupTable()->SetRange(colorWindowLevel - colorWindowWith / 2, colorWindowLevel + colorWindowWith / 2);

鼠标横着滑动，会改变窗位的位置，而窗宽是固定不变的。

 

关于窗宽、窗位的理解：

窗宽、窗位不是指可视化的窗口的宽度，而是指设置CT图像的灰度值的范围，用于可视化的灰度值范围，CT灰度值范围是0到65536。窗位定以后，根据窗宽值，则可视化的灰度值范围：[窗位-窗宽/2,窗位+窗宽/2]

见链接：https://www.cnblogs.com/vranger/p/3806956.html

 3.代码

#include 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);

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

#include  //建立“观察者/命令”模式监听鼠标消息 完成交互
#include 
#include 
class vtkImageInteractionCallback : public vtkCommand
{
public:
	static vtkImageInteractionCallback *New() //回调函数初始化函数
	{
		return new vtkImageInteractionCallback;
	}
	vtkImageInteractionCallback()
	{
		this->Slicing = 0;
		this->ImageReslice = 0;
		this->Interactor = 0;
	}
	void SetImageReslice(vtkImageReslice *reslice)
	{
		this->ImageReslice = reslice;
	}
	vtkImageReslice *GetImageReslice()
	{
		return this->ImageReslice;
	}

	void SetImageResliceColorMap(vtkImageMapToColors * colorMap)
	{
		this->colorMap= colorMap;
	}
	vtkImageMapToColors *GetImageResliceColorMap()
	{
		return this->colorMap;
	}
	void SetInteractor(vtkRenderWindowInteractor *interactor)
	{
		this->Interactor = interactor;
	}
	vtkRenderWindowInteractor *GetInteractor()
	{
		return  this->Interactor;
	}
	virtual void Execute(vtkObject *, unsigned long event, void *)
	{
		vtkRenderWindowInteractor *interactor = GetInteractor();
		int lastPos[2];
		interactor->GetLastEventPosition(lastPos);
		int currPos[2];
		interactor->GetEventPosition(currPos);

		if (event == vtkCommand::LeftButtonPressEvent)
		{
			this->Slicing = 1; //标志位 
		}
		else if (event == vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent)
		{
			this->Slicing = 0; //标志位 
		}
		else if (event == vtkCommand::MouseMoveEvent)
		{
			if (this->Slicing)//检验鼠标左键已经按下 正在执行操作
			{
				vtkImageReslice *reslice = this->ImageReslice;

				//记下鼠标Y向变化的幅值大小
				int deltaY = lastPos[1] - currPos[1];

				//记下鼠标X向变化的幅值大小
				int deltaX = lastPos[0] - currPos[0];

				//reslice->Update();
				double sliceSpacing = reslice->GetOutput()->GetSpacing()[2];
				vtkMatrix4x4 *matrix = reslice->GetResliceAxes();
				//重新定位切片需要经过的中心点
				double point[4];
				double center[4];
				point[0] = 0;
				point[1] = 0;
				point[2] = sliceSpacing * deltaY;
				point[3] = 1.0;
				matrix->MultiplyPoint(point, center);

				//***********理解MultiplyPoint   center4*1  =  matrix4*4  乘以  point4*1
				for (int i = 0;  i < 4; i++)
				{
					for (int j = 0; j < 4;j++)
					{
						std::cout << matrix->GetElement(i,j)<< "\t";
					}
					std::cout << "\n";
				}
				std::cout << "\n";
				std::cout << point[0] << "\t" << point[1] << "\t" << point[2] << "\t" << point[3] << "\n";
				std::cout << center[0] << "\t" << center[1] << "\t" << center[2] << "\t" << center[3] << "\n";

				//******************

				matrix->SetElement(0, 3, center[0]);
				matrix->SetElement(1, 3, center[1]);
				matrix->SetElement(2, 3, center[2]);
				static double colorWindowLevel = 500;
				static double colorWindowWith = 2000;
				colorWindowLevel += deltaX;

				colorMap->GetLookupTable()->SetRange(colorWindowLevel - colorWindowWith / 2, colorWindowLevel + colorWindowWith / 2);

				reslice->Update();
				colorMap->Update();
				interactor->Render();
			}
			else
			{
				vtkInteractorStyle *style = vtkInteractorStyle::SafeDownCast(
					interactor->GetInteractorStyle());
				if (style)
				{
					style->OnMouseMove();
				}
			}
		}
	}
private:
	int Slicing;
	vtkImageReslice *ImageReslice;
	vtkImageMapToColors * colorMap;
	vtkRenderWindowInteractor *Interactor;
};
//**********************************************************************************//





#include 

//IMPLEMENT_UEG_NAV_LOGGER(main)

int main(int argc, char *argv[])
{
	vtkSmartPointer reader = vtkSmartPointer::New(); //创建读取dicom图片指针对象
	reader->SetDirectoryName("D:/workSpace/DICM/sunguihua/SGH"); //设置医学图像文件夹路径
	reader->SetDataByteOrderToLittleEndian();
	reader->Update();
	cout << "读取数据完成" << endl;


	int extent[6];
	double spacing[3];
	double origin[3];

	reader->GetOutput()->GetExtent(extent);
	reader->GetOutput()->GetSpacing(spacing);
	reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);

	double center[3];
	center[0] = origin[0] + spacing[0] * 0.5 * (extent[0] + extent[1]);
	center[1] = origin[1] + spacing[1] * 0.5 * (extent[2] + extent[3]);
	center[2] = origin[2] + spacing[2] * 0.5 * (extent[4] + extent[5]);
	//*****************************************************************//
	static double axialElements[16] = {
		1, 0, 0, 0,
		0, 1, 0, 0,
		0, 0, 1, 0,
		0, 0, 0, 1
	};

	vtkSmartPointer resliceAxes =
		vtkSmartPointer::New();
	resliceAxes->DeepCopy(axialElements);
	resliceAxes->SetElement(0, 3, center[0]);
	resliceAxes->SetElement(1, 3, center[1]);
	resliceAxes->SetElement(2, 3, center[2]);

	vtkSmartPointer reslice =
		vtkSmartPointer::New();
	reslice->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
	reslice->SetOutputDimensionality(2);
	

	reslice->SetResliceAxes(resliceAxes);
	reslice->SetInterpolationModeToLinear();



	//*****************************************************************//
	vtkSmartPointer colorTable =
		vtkSmartPointer::New();
	colorTable->SetRange(-500,1500);
	colorTable->SetValueRange(0.0, 1.0);
	colorTable->SetSaturationRange(0.0, 0.0);
	colorTable->SetRampToLinear();
	colorTable->Build();
	vtkSmartPointer colorMap =
		vtkSmartPointer::New();
	colorMap->SetLookupTable(colorTable);
	colorMap->SetInputConnection(reslice->GetOutputPort());
	colorMap->Update();
	//*****************************************************************//
	vtkSmartPointer imgActor =
		vtkSmartPointer::New();
	imgActor->SetInputData(colorMap->GetOutput());

	vtkSmartPointer renderer =
		vtkSmartPointer::New();
	renderer->AddActor(imgActor);
	renderer->SetBackground(0.4, 0.5, 0.6);

	vtkSmartPointer renderWindow =
		vtkSmartPointer::New();
	renderWindow->AddRenderer(renderer);
	renderWindow->Render();
	renderWindow->SetSize(640, 480);
	renderWindow->SetWindowName("Extract3Dslice");

	vtkSmartPointer rwi =
		vtkSmartPointer::New();
	vtkSmartPointer imagestyle =
		vtkSmartPointer::New();
	rwi->SetInteractorStyle(imagestyle);
	rwi->SetRenderWindow(renderWindow);
	rwi->Initialize();
	//****************建立 观察者-命令 模式****************//
	vtkSmartPointer callback =
		vtkSmartPointer::New();
	callback->SetImageReslice(reslice);
	callback->SetInteractor(rwi);
	callback->SetImageResliceColorMap(colorMap);

	imagestyle->AddObserver(vtkCommand::MouseMoveEvent, callback);
	imagestyle->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonPressEvent, callback);
	imagestyle->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent, callback);

	rwi->Start();



	return 0;

}

vtkImageInteractionCallback继承自vtkCommand类，并覆盖父类函数Execute()。
该类提供了两个接口：SetImageReslice和SetInteractor。
SetImageReslice用以设置vtkImageSlice对象，vtkImageSlice根据设置的变换矩阵提取三维图像切片。SetInteractor用以设置vtkRenderWindowInteractor，vtkRenderWindowInteractor类对象负责每次提取切片后刷新视图。
下面重点看Execute函数，该函数提供了具体的切片提取功能。在该函数里面，主要监听了三个消息：
vtkCommand::LeftButtonPressEvent，
vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent，
vtkCommand::MouseMoveEvent，
前两个消息分别是鼠标左键的按下和弹起消息。当鼠标左键按下时，就设置切片提取标志为1，而当弹起时，将标志置为0。这样在鼠标移动时，只有在确定切片提取标志为1时，执行切片提取功能。
vtkCommand::MouseMoveEvent即为鼠标移动消息。当检测到该消息时，首先检查切片提取标志，当为1时提取切片。提取切片时，需要为vtkImageSlice对象设置变换矩阵。这里在函数开始时，首先获取了鼠标滑动的前后两次点的位置lastPos和currPos。然后根据两点的Y坐标差deltaY，计算新的中心点center并变换至vtkImageSlice当前变换矩阵中，得到变换中心点，将其设置到原来的变换矩阵matrix中，并设置到vtkImageSlice中，最后执行interactor->Render()即可不断的根据鼠标移动刷新图像。

Command对象定义完毕后，即可为交互对象InteractorStyle添加观察者，响应鼠标消息。
这里主要是定义了vtkImageInteractionCallback对象，并设置vtkImageSlice对象和vtkRenderWindowInteractor对象。然后为交互对象vtkInteractorStyle添加观察者来监控相应的消息，这里主要是三个消息：
vtkCommand::LeftButtonPressEvent，
vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent，
vtkCommand::MouseMoveEvent，
当响应到这三个消息时，立即执行vtkImageInteractionCallback的Execute函数，以便实现切片的实时提取和更新。完成以后，运行程序，当鼠标在图像上移动时，会发现图像会跟着鼠标的移动而变化。
 

4.效果图