VTK修炼之道71:交互与Widget_观察者/命令模式
1.前言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(hhttp://www.paraview.org)、德国癌症研究中心研发的MITK(http://www.mitk.org)等开源软件系统都提供了强大的交互功能,作为ParaView、MITK等软件构件基础的VTK同样也提供了各种各样的交互功能。VTK的交互除了可以监听来自鼠
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1.前言
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(hhttp://www.paraview.org)、德国癌症研究中心研发的MITK(http://www.mitk.org)等开源软件系统都提供了强大的交互功能,作为ParaView、MITK等软件构件基础的VTK同样也提供了各种各样的交互功能。VTK的交互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(Observe/Command)
观察者/命令模式是VTK里用的比较多的设计模式。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。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。2.1 观察者-事件回调方案
在vtkObject中,有如下函数: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。unsigned long AddObserver(unsigned long event, vtkCommand *, float priority = 0.0f); unsigned long AddObserver(const char* event, vtkCommand *, float priority = 0.0f);
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。下面是一个非常简单的例子演示了在VTK里是如何使用“观察者-事件回调函数”方案的:输出结果:#include <vtkAutoInit.h> VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL); VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle); #include <vtkCallbackCommand.h> long cntPress = 0; void MyCallbackFunc(vtkObject*, unsigned long eid, void* clientdata, void* calldata) { std::cout << "You have clicked : " << ++cntPress << " times" << std::endl; } #include <vtkSmartPointer.h> #include <vtkPNGReader.h> #include <vtkImageViewer2.h> #include <vtkRenderer.h> #include <vtkRenderWindow.h> #include <vtkRenderWindowInteractor.h> int main() { vtkSmartPointer<vtkPNGReader> reader = vtkSmartPointer<vtkPNGReader>::New(); reader->SetFileName("vtk.png"); 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; }
通过上例,我们可以总结一下“观察者-回调函数”交互方案主要可以分为以下三个步骤: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。3.将VTKCallbackCommand对象添加到对象的观察者列表中。//Step1:设置事件回调函数 vtkSmartPointer<vtkCallbackCommand> mouseCallback = vtkSmartPointer<vtkCallbackCommand>::New(); mouseCallback->SetCallback(MyCallbackFunc); //很重要!!!
注意://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);
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。示例代码如下:输出结果为:#include <vtkAutoInit.h> VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL); VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle); #include <vtkCommand.h> #include <vtkSmartPointer.h> #include <vtkConeSource.h> #include <vtkPolyDataMapper.h> #include <vtkActor.h> #include <vtkRenderer.h> #include <vtkRenderWindow.h> #include <vtkRenderWindowInteractor.h> #include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h> 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; }
这个例子实现的功能也是监听鼠标左键单机的消息。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。
3.参看资料
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.
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