5.VTK 相机

概念

在VTK（VisualizationToolkit）中，相机（vtkCamera）用于定义场景的观察视角。以下是关于VTK相机的主要概念和设置方法的总结：

相机位置：通过vtkCamera::SetPosition()方法设置，指的是相机在三维空间中的具体位置。

相机焦点：使用vtkCamera::SetFocusPoint()方法设定，默认位于世界坐标系的原点。它代表了相机指向的位置或目标点。

朝上方向：确定相机视图中“上方”的方向。就像我们直立时头部朝上的方向一样，这个方向影响着视图中物体的正立或倒立显示。

投影方向：由相机位置到相机焦点的向量决定，指示了相机的主观看方向。

投影方法：包括两种类型：
    正交投影（Orthographic Projection），也称平行投影（Parallel Projection），光线与投影方向平行。
    透视投影（Perspective Projection），所有光线相交于一点，模拟人眼的真实视觉效果。

视角（View Angle）：仅适用于透视投影，决定了视野的宽窄，默认为30度，可以通过vtkCamera::SetViewAngle()调整。

前后裁剪平面：这些平面与投影方向垂直，并且用于限制可见Actor的距离范围。只有位于这两个平面之间的Actor才会被渲染。可以通过vtkCamera::SetClippingRange()来设置它们的位置。

以下是关于如何使用 vtkCamera 的详细说明和代码示例的总结：
使用方法：
创建相机对象
使用 vtkSmartPointer 创建一个智能指针管理的相机对象。

vtkSmartPointer<vtkCamera> myCamera = vtkSmartPointer<vtkCamera>::New();

设置裁剪平面范围（Clipping Range）
定义前后裁剪平面的距离范围，只有位于这两个平面之间的物体才会被渲染。

myCamera->SetClippingRange(0.0475, 2.3786);

设置焦点位置（Focal Point）
焦点是相机指向的目标点，默认在世界坐标系的原点。可以使用 SetFocalPoint() 方法来设置。

myCamera->SetFocalPoint(0.0573, -0.2134, -0.0523);

设置相机位置（Position）
指定相机在三维空间中的具体位置。

myCamera->SetPosition(0.3245, -0.1139, -0.2932);

计算视图平面法线（Compute View Plane Normal）
计算相机视图平面的法线方向，通常在设置完位置和焦点后调用。

myCamera->ComputeViewPlaneNormal();

设置朝上方向（View Up）
确定相机的“上方”方向，影响视图中物体的方向。

myCamera->SetViewUp(-0.2234, 0.9983, 0.0345);

将相机设置为渲染器的活动相机（Active Camera）
将创建的相机对象设置为渲染器的活动相机，以应用到场景中。

renderer->SetActiveCamera(myCamera);

示例

#include <istream>
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkCamera.h>
#include <vtkInteractorStyleTrackballCamera.h>
#include <vtkCylinderSource.h>
#include <vtkPolyDataMapper.h>
#include <vtkActor.h>
#include <vtkProperty.h>
#include <vtkAutoInit.h>
#include <vtkSphereSource.h>
#include <vtkLineSource.h>
#include <vtkPlaneSource.h>

VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingFreeType);

int main()
{
    // 创建一个球体数据源
    vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource = vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();
    sphereSource->SetRadius(0.5); // 设置球体半径
    sphereSource->SetCenter(0.0, 0.0, 0.0); // 设置球体中心位置

    // 创建映射器
    vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> mapper = vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();
    mapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());

    // 创建演员
    vtkSmartPointer<vtkActor> actor = vtkSmartPointer<vtkActor>::New();
    actor->SetMapper(mapper);

    // 创建渲染器
    vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer = vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
    renderer->AddActor(actor); // 将演员添加到渲染器中
    renderer->SetBackground(0.1, 0.2, 0.3); // 设置背景颜色为深蓝色

    // 创建相机并设置其参数
    vtkSmartPointer<vtkCamera> camera = vtkSmartPointer<vtkCamera>::New();
    camera->SetPosition(1.0, 1.0, 1.0); // 设置相机位置
    camera->SetFocalPoint(0.0, 0.0, 0.0); // 设置焦点位置（球体中心）
    camera->SetViewUp(0.0, 0.0, 1.0); // 设置朝上方向（Z轴向上）
    camera->SetClippingRange(0.1, 10.0); // 设置裁剪平面范围
    renderer->SetActiveCamera(camera); // 将相机设置为渲染器的活动相机

    // 创建渲染窗口
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow = vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
    renderWindow->AddRenderer(renderer);
    renderWindow->SetSize(800, 600); // 设置窗口大小

    // 创建交互器
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
        vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
    renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);

    // 启动交互器
    renderWindow->Render();
    renderWindowInteractor->Start();
	return 0;
}