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【VTK】vtk actor空間變換後的點對映與向量對映

在三維空間中,人們通常需要對平面等形體進行旋轉,拖拽等操作。比如下面的過程:

  1. 將平面繞平面的Y軸旋轉一定角度
  2. 將其繞平面自身的X軸旋轉一定角度
  3. 將平面向向量方向(1, 2, 3)移動一段距離。

這樣複雜的操作通常需要我們使用vtkActor提供的操作函式:

void vtkProp3D::RotateY (double angle)
void vtkProp3D::RotateX (double angle)
void vtkProp3D::AddPosition (double deltaX,double deltaY,double deltaZ)

控制運動的介面我們找到了,但是傳入的引數還需要認真思考如何計算。
通常,我們是在事件中計算位置移動向量,或者旋轉角度,這裡就需要用到vtkRenderWindowInteractor提供的GetEventPosition和GetLastEventPosition函式。他們幫助我們計算Display座標系的游標座標值。
平移向量是向量 GetEventPosition => GetLastEventPosition 在平面法向量上的投影。
旋轉角度則是 planeOrigin => GetLastEventPosition 與 planeOrigin => GetEventPosition的向量夾角。
如此可知,每一次運動,都需要知道平面中心點或者平面的法向量。同時,在一次運動結束之後,平面中心點或者平面法向量都應該更新。
在文章

【VTK】平面的平移和旋轉 的末尾片段我有介紹到如何求解actor線上性變化後的平面原點和平面法向量。下面指明一下注意事項:
由actor matrix構造出來的vtkTransform物件不要在求解origin之後又立馬求解normal。

#include <stdio.h>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkPlaneSource.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkLight.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkActor2D.h>
#include <vtkTransform.h>

using namespace std;

int main()
{
    setbuf( stdout, NULL );
    vtkSmartPointer<vtkPlaneSource> plane =
            vtkSmartPointer<vtkPlaneSource>::New();

    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper =
            vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection( plane->GetOutputPort() );

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

    double oldNormal[3] = { 0, 0, -1 };
    double oldOrigin[3] = { 0, 0, 0 };

    actor->RotateY( 45 );
//    actor->AddPosition( 1, -1, 1 );

    vtkSmartPointer<vtkTransform> transform =
            vtkSmartPointer<vtkTransform>::New();
    transform->SetMatrix( actor->GetMatrix() );
    double *newNormal = transform->TransformDoubleVector( oldNormal );

    vtkSmartPointer<vtkTransform> transform2 =
            vtkSmartPointer<vtkTransform>::New();
    transform2->SetMatrix( actor->GetMatrix() );
    double *newOrigin = transform2->TransformDoublePoint( oldOrigin );
    printf( "newNormal: %lf, %lf, %lf\n", newNormal[0], newNormal[1], newNormal[2] );
    printf( "newOrigin: %lf, %lf, %lf\n", newOrigin[0], newOrigin[1], newOrigin[2] );
/*
newOrigin: 0.000000, 0.000000, 0.000000
newNormal: -0.707107, 0.000000, -0.707107 (-cos45)
*/

    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer =
            vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(actor);
    renderer->SetBackground( 0, 0, 0 );

    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
            vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer( renderer );

    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
            vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    renderWindowInteractor->SetRenderWindow( renderWindow );
    renderWindowInteractor->GetLastEventPosition();

    renderer->ResetCamera();
    renderWindow->Render();
    renderWindowInteractor->Start();
    return 0;
}

比如上面例子中的double *newOrigin = transform2->TransformDoublePoint( oldOrigin ); 如果我是繼續使用了transform,那麼origin與normal的數值就是一樣的了。先計算誰誰就錯了。
錯誤結果:

newNormal: 0.000000, 0.000000, 0.000000
newOrigin: 0.000000, 0.000000, 0.000000

這是為什麼呢?
看看兩個函式的實現:

double *TransformDoublePoint(double x, double y, double z) {
  this->InternalDoublePoint[0] = x;
  this->InternalDoublePoint[1] = y;
  this->InternalDoublePoint[2] = z;
  this->TransformPoint(this->InternalDoublePoint,this->InternalDoublePoint);
  return this->InternalDoublePoint; };

//------------------------------------------------------------------------
double *TransformDoubleVector(double x, double y, double z) {
  this->InternalDoublePoint[0] = x;
  this->InternalDoublePoint[1] = y;
  this->InternalDoublePoint[2] = z;
  this->TransformVector(this->InternalDoublePoint,this->InternalDoublePoint);
  return this->InternalDoublePoint; };

vtkLinearTransform將計算結果全都儲存在InternalDoublePoint中了,所以例子中的newOrigin和newNormal最終指向同一個double陣列,這個陣列儲存著最後一次計算的結果,即newOrigin。