700字范文 > VTK笔记——空间几何变换(Transform) 平移旋转和缩放

VTK笔记——空间几何变换(Transform) 平移旋转和缩放

时间：2022-04-02 17:47:20

先看下面的模型，这是一个Cow的三维模型,

在使用中，你是否会有下面的操作？

1.将Cow移动到某个位置——平移

2.转动到Cow背面——旋转

3.改变它大小——缩放

等等

可能你会说，这还不简单，通过操作相机就好了。然而并不是这样，操作相机，只使得相机的空间位置发生了变化，对三维物体并没有改变，要想改变模型，就需要对模形本身做空间变换。

空间变换的基础知识

变换矩阵（Transformation Matrices）

我们都知道，在屏幕上显示的是二维的图形，三维图形都是投影到二维平面的，但它们定义在三维空间的。空间变换的基本元素都是三维坐标点，在计算机图形学中，三维坐标点用齐次坐标表示。利用齐次坐标，可以将空间变换用4x4的矩阵来表示。这些变换最终都是由矩阵的运算完成。

VTK有关空间变换的类和方法

VTK相关的类有：

vtkTransform,vtkTransformFilter, vtkMatrix4x4等

场景一：矩阵的顺序问题

我们要对图1中位于世界坐标系原点的圆锥体做如下操作：

1. 圆锥体在X轴(图中红色轴)正方向上移动1个单位

2.绕Z(图中蓝色轴)轴旋转

vtkSmartPointer<vtkTransform> trans = vtkSmartPointer<vtkTransform>::New();trans->PostMultiply();trans->Translate(1, 0, 0);trans->RotateZ(45);coneActor->SetUserTransform(trans);

试着改变一下1, 2两步的顺序，结果又将如何？

对比来看，结果却不相同，然而这个结果并没什么奥妙，只因为矩阵乘法不满足交换律。

因此，在使用时，进行变换的顺序非常重要，将对结果产生直接的影响。

对于变换矩阵，VTK是用以下顺序来应用这些变化的：

1. 移动几何物体到它的原点，缩放和旋转都是基于这个点完成的。

2. 缩放几何物体。

3.几何物体依次绕Y, X和Z轴旋转。

4.从旋转中心移回到原来的位置后再移动几何物体到最终的位置。

在VTK中，矩阵乘法默认是左乘，即PreMultiply，上面的公式也遵循这个原则。为了便于理解，示例代码特地使用了右乘PostMultiply.

场景二：GetMatrix和GetUserMatrix的区别

Code1:

coneActor->RotateZ(45);coneActor->SetPosition(1, 0, 0);

Code2:

trans->RotateZ(45);trans->Translate(1, 0, 0);coneActor->SetUserTransform(trans);

从两个结果可以看出，GetMatix和GetUserMatrix都是获取变换矩阵。所不同的是：

GetMatrix始终都可以获取到值，也就是说它得到的是圆锥体在世界坐标系的变换矩阵。

GetUserMatrix在Code2中获取到了值，而在Code1中得到是NULL，这说明它获取的是用户设置的变换矩阵。

注：GetUserMatrix、SetUserMatrix和GetUserTransform、SetUserTransform具有相同的作用。

完整示例代码

#include <vtkLineSource.h>#include <vtkPolyData.h>#include <vtkSmartPointer.h>#include <vtkPolyDataMapper.h>#include <vtkActor.h>#include <vtkRenderWindow.h>#include <vtkRenderer.h>#include <vtkRenderWindowInteractor.h>#include <vtkProperty.h>#include <vtkAxesActor.h>#include <vtkConeSource.h>#include <vtkTextActor.h>#include <vtkTextProperty.h>#include <vtkTransform.h>#include <vtkSphereSource.h>int main(int, char *[]){vtkSmartPointer<vtkSphereSource> sphereSource =vtkSmartPointer<vtkSphereSource>::New();sphereSource->SetRadius(0.1);sphereSource->Update();vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> sphereMapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();sphereMapper->SetInputConnection(sphereSource->GetOutputPort());vtkSmartPointer<vtkActor> sphereActor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();sphereActor->SetPosition(0, 0, 0);sphereActor->SetMapper(sphereMapper);sphereActor->GetProperty()->SetColor(1, 0, 0);vtkSmartPointer<vtkConeSource> coneSource =vtkSmartPointer<vtkConeSource>::New();coneSource->SetRadius(.2);coneSource->SetHeight(.5);coneSource->SetCenter(0, 0, 0);vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper> coneMapper =vtkSmartPointer<vtkPolyDataMapper>::New();coneMapper->SetInputConnection(coneSource->GetOutputPort());vtkSmartPointer<vtkActor> coneActor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();coneActor->SetMapper(coneMapper);vtkSmartPointer<vtkActor> oriConeActor =vtkSmartPointer<vtkActor>::New();oriConeActor->SetMapper(coneMapper);#define AXIS_LEN 1.vtkSmartPointer<vtkAxesActor> oriAxesActor =vtkSmartPointer<vtkAxesActor>::New();oriAxesActor->SetPosition(0, 0, 0);oriAxesActor->SetTotalLength(AXIS_LEN, AXIS_LEN, AXIS_LEN);oriAxesActor->SetShaftType(0);oriAxesActor->SetAxisLabels(0);oriAxesActor->SetCylinderRadius(0.02);vtkSmartPointer<vtkAxesActor> axesActor =vtkSmartPointer<vtkAxesActor>::New();axesActor->SetPosition(0, 0, 0);axesActor->SetTotalLength(AXIS_LEN, AXIS_LEN, AXIS_LEN);axesActor->SetShaftType(0);axesActor->SetAxisLabels(0);axesActor->SetCylinderRadius(0.02);vtkSmartPointer<vtkTextActor> textActor = vtkSmartPointer<vtkTextActor>::New();textActor->SetPosition2(100, 40);textActor->GetTextProperty()->SetFontSize(24);textActor->GetTextProperty()->SetColor(1, 0, 0);vtkSmartPointer<vtkTransform> trans = vtkSmartPointer<vtkTransform>::New();#if 0trans->PostMultiply();coneActor->SetPosition(1, 0, 0);//trans->Translate(1, 0, 0);//trans->RotateZ(45);trans->RotateZ(45);trans->Translate(1, 0, 0);coneActor->SetUserTransform(trans);//textActor->SetInput("PostMultiply()\nTranslate(1, 0, 0)\nRotateZ(45)");textActor->SetInput("PostMultiply()\nRotateZ(45)\nTranslate(1, 0, 0)");#endif#if 1//coneActor->RotateZ(45);//coneActor->SetPosition(1, 0, 0);//textActor->SetInput("coneActor->RotateZ(45)\nconeActor->SetPosition(1, 0, 0)");trans->RotateZ(45);trans->Translate(1, 0, 0);coneActor->SetUserTransform(trans);textActor->SetInput("trans->RotateZ(45)\ntrans->Translate(1, 0, 0)\nconeActor->SetUserTransform(trans)");cout << "GetMatrix:" << endl;if (coneActor->GetMatrix()!=NULL){coneActor->GetMatrix()->Print(cout);}else{cout << "NULL" << endl;}cout << "GetUserMatrix:" << endl;if (coneActor->GetUserMatrix() !=NULL){coneActor->GetUserMatrix()->Print(cout);}else{cout << "NULL" << endl;}//cout << "GetUserTransform:" << endl;//if (coneActor->GetUserTransform() !=NULL)//{//coneActor->GetUserTransform()->Print(cout);//}//else//{//cout << "NULL" << endl;//}#endifvtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer1 =vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer2 =vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();renderWindow->SetSize(800, 400);renderWindow->AddRenderer(renderer1);renderWindow->AddRenderer(renderer2);vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);double leftViewport[] = { 0.0, 0.0, 0.5, 1.0 };double rightViewport[] = { 0.5, 0.0, 1.0, 1.0 };renderer1->AddActor(oriAxesActor);renderer1->AddActor(sphereActor);renderer1->AddActor(oriConeActor);renderer2->AddActor(axesActor);renderer2->AddActor(sphereActor);renderer2->AddActor(coneActor);renderer2->AddActor2D(textActor);renderer1->SetBackground(.3, .3, .5);renderer2->SetBackground(.2, .4, .5);renderer1->SetViewport(leftViewport);renderer2->SetViewport(rightViewport);renderWindow->Render();renderWindowInteractor->Start();return EXIT_SUCCESS;}

Reference

VTK中模型的旋转与平移

三维空间几何变换原理[平移、旋转、错切]

本内容不代表本网观点和政治立场，如有侵犯你的权益请联系我们处理。

网友评论

网友评论仅供其表达个人看法，并不表明网站立场。