VTK开发笔记（五）：示例Cone2，熟悉观察者模式，在Qt窗口中详解复现对应的Demo

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前言

  Vtk的了解学习途径跟随代码中的示例，循序渐进。
  本篇详细解析Cone2.exe，在Cone.exe基础上新增了观察者的概念，在Qt中复现一样的观察者。

Demo

观察者模式

概述

  观察者模式（Observer Pattern），允许一个对象（观察者）关注另一个对象（被观察者）的状态变化，并在事件发生时自动执行预定操作。观察者回调（Observer-Callback） 是一种事件驱动的编程机制，用于处理 VTK 对象状态变化或特定事件的响应。

核心概念

  事件（Event）VTK 对象在特定操作或状态变化时会触发事件，例如： 数据更新（如vtkCommand::ModifiedEvent） 渲染完成（如vtkCommand::EndEvent） 鼠标交互（如vtkCommand::LeftButtonPressEvent） 每个事件都有唯一的标识符（如枚举值或字符串）。
  观察者（Observer） 注册到 VTK 对象上，用于 “监听” 特定事件的对象。当被监听的事件触发时，观察者会执行关联的回调函数。 回调函数（Callback） 事件触发时实际执行的代码逻辑，通常是自定义函数或方法，用于响应事件（如更新 UI、处理数据、日志记录等）。

工作流程

• 步骤一：定义回调函数：实现处理事件的逻辑（需符合 VTK 的回调接口规范）。
• 步骤二：获取被观察者：确定需要监听的 VTK 对象（如vtkRenderer、vtkActor等）。
• 步骤三：注册观察者：将回调函数与特定事件绑定到被观察者上。
• 步骤四：事件触发与响应：当被观察者触发事件时，VTK 自动调用对应的回调函数。

简单示例

观察者实现vtkCommand

  vtkCommand是观察器/命令设计模式的实现。在这种设计模式中，可以“观察”vtkObject的任何实例，以了解它可能调用的任何事件。例如，vtkRenderer在开始渲染时调用StartEvent，在完成渲染时调用EndEvent。过滤器（vtkProcessObject的子类）在过滤器处理数据时调用StartEvent、ProgressEvent和EndEvent。事件的观察者是通过vtkObject中的AddObserver()方法添加的。AddObserver()除了需要一个事件id或名称外，还需要一个vtkCommand实例（或子类）。请注意，vtkCommand旨在被子类化，以便可以打包支持回调所需的信息。
  事件处理可以按优先级列表进行组织，因此可以通过设置AbortFlag变量截断特定事件的处理。优先级是通过以下方式设定的AddObserver()方法。默认情况下，优先级为0，具有相同优先级的事件将按第一个处理顺序中的最后一个处理。事件的排序/中止对于像3D小部件这样的东西很重要，如果选择了小部件，它们会处理事件（然后中止对该事件的进一步处理）。否则。事件被传递以供进一步处理。
  当vtkObject的实例调用事件时，它还会将可选的void指针传递给callData。这个callData在大多数时候都是空的。callData并不特定于某一类型的事件，而是特定于调用特定事件的vtkObject类型。例如，  vtkCommand::PickEvent由vtkProp使用空指针调用，但由vtkInteractiorStyleImage使用指向  vtkInteractitorStyleImage对象本身的指针调用。
  以下是可以使用非nullptr callData调用的事件列表：
  
  

复现Demo

  有一个很重要的点，这个示例代码是阻塞时的循环刷新，与Qt的基于消息的编程处理方式不一样，这是过程式的编程，我们复刻示例，保持一块Demo就一个函数，否则的话，可以使用Qt定时器来实现更新位置就可以了。

步骤一：创建圆锥体数据源

步骤二：创建多边形映射器

步骤三：创建演员类（类似osg模型结点）

步骤四：创建渲染器

步骤五：设置渲染器到渲染窗口

步骤六：设置观察者回调函数

  这里回调类，放在函数里面定义，方便归类demo
  

步骤七：用Qt的方式实现不阻塞又是过程化旋转

  为了看到更加清晰，我们设置过渡延迟一循环为1000ms：
  

运行效果

Demo源码

VTKWidget.cpp

void VTKWidget::test_demo4_createCone()
{
    // 步骤一：创建圆锥体数据源
    vtkSmartPointer<vtkConeSource> pConeSource =
            VTKManager::createConeSource(0, 0, 0, 10, 30, 10);
    // 步骤二：创建多边形映射器
#if 0
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper =
            VTKManager::createPolyDataMapper(pConeSource);
#else
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper =
            VTKManager::createPolyDataMapper(pConeSource->GetOutputPort());
#endif
    // 步骤三：创建演员
    vtkSmartPointer<vtkActor> pActor =
            VTKManager::createActor(pPolyDataMapper);
    // 步骤四：创建渲染器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> pRenderer =
            VTKManager::createRenderer(pActor, 0.1, 0.2, 0.4);

    // 步骤五：渲染器添加到QVTKWidget渲染
    _pQVTKWidget->GetRenderWindow()->AddRenderer(pRenderer);

    // 步骤六：设置观察者，触发回调函数，交互回调
    class vtkMyCallback : public vtkCommand
    {
    public:
        static vtkMyCallback *New() {
            return new vtkMyCallback;
        }
        void Execute(vtkObject *caller, unsigned long, void*) override
        {
            // 注意：这个类在函数里面定义，其函数内部无法直接->或者.来得到成员函数
            vtkRenderer *pRenderer = reinterpret_cast<vtkRenderer*>(caller);
            LOG << pRenderer->GetActiveCamera()->GetPosition()[0]
                << pRenderer->GetActiveCamera()->GetPosition()[1]
                << pRenderer->GetActiveCamera()->GetPosition()[2];
        }
    };
    vtkMyCallback *pVtkMyCallback = vtkMyCallback::New();
    pRenderer->AddObserver(vtkCommand::StartEvent, pVtkMyCallback);
    pVtkMyCallback->Delete();

    // 步骤七：过程循环的方式实现旋转
    QElapsedTimer elapsedTimer;
    for(int index = 0; index < 360; index++)
    {
        LOG << index;
        if(!isVisible())
        {
            continue;
        }
        // 渲染一次
        _pQVTKWidget->GetRenderWindow()->Render();

        elapsedTimer.start();
        while(elapsedTimer.elapsed() < 100)
        {
            qApp->processEvents();
        }
        if(!isVisible())
        {
            continue;
        }
        // 渲染器相机绕焦点旋转
        VTKManager::rotateAzimuth(pRenderer, 1);
    }
}

VTKManager.cpp

vtkSmartPointer<vtkConeSource> VTKManager::createConeSource(double x, double y, double z, double r, int h, int n)
{
    // 步骤一：智能指针定义
    vtkSmartPointer<vtkConeSource> pConeSource;
    // 步骤二：智能指针实例化
    pConeSource = vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();
    // 步骤三：设置中心坐标
    pConeSource->SetCenter(x, y, z);
    // 步骤三：设置半径
    pConeSource->SetRadius(r);
    // 步骤四：设置圆锥的高度
    pConeSource->SetHeight(h);
    // 步骤五：设置圆锥球体的经度分辨率，即横向的切片数量（横向/水平精细度）
    pConeSource->SetResolution(n);

    return pConeSource;
}
vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> VTKManager::createPolyDataMapper(vtkAlgorithmOutput *pAlgorithmOutput)
{
    // 步骤一：智能指针定义
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> pPolyDataMapper;
    // 步骤二：智能指针实例化
    pPolyDataMapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    // 步骤三：设置
    pPolyDataMapper->SetInputConnection(pAlgorithmOutput);

    return pPolyDataMapper;
}
vtkSmartPointer<vtkActor> VTKManager::createActor(vtkPolyDataMapper *pPolyDataMapper)
{
    // 步骤一：智能指针定义
    vtkSmartPointer<vtkActor> pActor;
    // 步骤二：智能指针实例化
    pActor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    // 步骤三：设置映射器
    pActor->SetMapper(pPolyDataMapper);

    return pActor;
}

vtkSmartPointer<vtkRenderer> VTKManager::createRenderer(std::vector<vtkActor *> vectorPActor, double r, double g, double b)
{
    // 步骤一：智能指针定义
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> pRenderer;
    // 步骤二：智能指针实例化
    pRenderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    // 步骤三：设置映射器
    for(int index = 0; index < vectorPActor.size(); index++)
    {
        pRenderer->AddActor(vectorPActor.at(index));
    }
    // 步骤四：设置背景色
    pRenderer->SetBackground(r, g, b);

    return pRenderer;
}

工程模板v1.3.0

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