1. vtkWorldPointPicker简介

vtkWorldPointPicker是Visualization Toolkit（VTK）中的一个重要类，用于在三维场景中选择点并获取其世界坐标。在科学可视化、医学成像和工程建模等领域，它为用户提供了一个强大的工具，能够准确、快速地从渲染的三维模型中选取关键点位。

2. 类的位置和继承关系

vtkWorldPointPicker类属于VTK的选择器（Picker）类系列，继承自vtkAbstractPicker。它通过在屏幕空间内的坐标点与三维场景中的对象进行交互，实现从屏幕坐标到世界坐标的映射和选择功能。

using Kitware.VTK;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建一个VTK渲染窗口和渲染器
        vtkRenderWindow renderWindow = new vtkRenderWindow();
        vtkRenderer renderer = new vtkRenderer();
        renderWindow.AddRenderer(renderer);

        // 创建一个VTK交互器
        vtkRenderWindowInteractor interactor = new vtkRenderWindowInteractor();
        interactor.SetRenderWindow(renderWindow);

        // 创建一个VTK球体作为示例对象
        vtkSphereSource sphereSource = new vtkSphereSource();
        sphereSource.Update();

        vtkPolyDataMapper mapper = new vtkPolyDataMapper();
        mapper.SetInputConnection(sphereSource.GetOutputPort());

        vtkActor actor = new vtkActor();
        actor.SetMapper(mapper);
        renderer.AddActor(actor);

        // 初始化vtkWorldPointPicker
        vtkWorldPointPicker picker = new vtkWorldPointPicker();

        // 将Picker设置给交互器
        interactor.SetPicker(picker);

        // 点击事件处理函数
        interactor.LeftButtonPressEvt += (sender, e) =>
        {
            int[] pos = interactor.GetEventPosition();
            picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
            double[] worldPos = picker.GetPickPosition();
           }

3. 选择机制

vtkWorldPointPicker的选择机制基于鼠标交互，用户可以通过在渲染窗口中点击或拖动鼠标来选择点。Picker会根据鼠标位置在三维场景中进行射线投射，并计算出与场景中对象的交点，从而确定选取的世界坐标。

// 点击事件处理函数
interactor.LeftButtonPressEvt += (sender, e) =>
{
    int[] pos = interactor.GetEventPosition();
    picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
    double[] worldPos = picker.GetPickPosition();

    Console.WriteLine($"Selected World Position: ({worldPos[0]}, {worldPos[1]}, {worldPos[2]})");
};

以上示例中，通过监听交互器的左键点击事件，在事件触发时使用vtkWorldPointPicker进行点选取，并将选择的世界坐标输出到控制台。

4. 返回的信息

一旦成功选取点位，vtkWorldPointPicker会返回该点的世界坐标，允许程序进一步处理或与其他模块进行交互。以下是如何获取选取的世界坐标并输出到控制台的示例：

// 点击事件处理函数
interactor.LeftButtonPressEvt += (sender, e) =>
{
    int[] pos = interactor.GetEventPosition();
    picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
    double[] worldPos = picker.GetPickPosition();

    Console.WriteLine($"Selected World Position: ({worldPos[0]}, {worldPos[1]}, {worldPos[2]})");
};

在上述示例中，当用户通过左键点击交互器中的三维模型时，会调用vtkWorldPointPicker的Pick方法来获取选取点的世界坐标，并将其输出到控制台。

5. 选择的条件和参数

vtkWorldPointPicker的参数可以根据需要进行调整，主要包括选择的容差范围（tolerance）和点的大小（point size）。以下是如何设置和调整Picker的参数示例：

// 初始化vtkWorldPointPicker并设置参数
vtkWorldPointPicker picker = new vtkWorldPointPicker();
picker.SetTolerance(0.01); // 设置选择的容差范围为0.01
picker.SetPickRadius(5.0); // 设置点的大小为5.0

// 将Picker设置给交互器
interactor.SetPicker(picker);

在上述示例中，通过调用vtkWorldPointPicker的SetTolerance和SetPickRadius方法来设置选择的容差范围和点的大小，以便根据实际应用场景调整Picker的精度和表现。

6. 与屏幕空间选择器的比较

相较于基于屏幕空间的选择器（如vtkPropPicker），vtkWorldPointPicker在处理复杂的三维模型时表现更为稳定和精确。以下是比较两种选择器在不同情况下的效果示例：

// 使用vtkPropPicker进行基于屏幕空间的选择
vtkPropPicker propPicker = new vtkPropPicker();
propPicker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
double[] worldPosScreen = propPicker.GetPickPosition();

Console.WriteLine($"Selected World Position (Screen Picker): ({worldPosScreen[0]}, {worldPosScreen[1]}, {worldPosScreen[2]})");

// 使用vtkWorldPointPicker进行世界坐标的选择
picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
double[] worldPosWorld = picker.GetPickPosition();

Console.WriteLine($"Selected World Position (World Picker): ({worldPosWorld[0]}, {worldPosWorld[1]}, {worldPosWorld[2]})");

在上述示例中，我们分别使用vtkPropPicker和vtkWorldPointPicker来获取屏幕空间和世界坐标中选取的点位，展示了两者在输出结果和适用场景上的不同之处。

7. 性能特征

vtkWorldPointPicker在性能方面表现出色，能够快速响应用户交互并返回准确的世界坐标。以下是如何评估和测试Picker的性能示例：

// 计算Picker的性能特征
System.Diagnostics.Stopwatch stopwatch = new System.Diagnostics.Stopwatch();
stopwatch.Start();

for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    int[] pos = { 100, 100 }; // 模拟鼠标位置
    picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
    double[] worldPos = picker.GetPickPosition();
}

stopwatch.Stop();
Console.WriteLine($"Time elapsed for 1000 picks: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");

在上述示例中，我们使用System.Diagnostics.Stopwatch来测试执行1000次选择操作所需的时间，以评估vtkWorldPointPicker的性能特征。

8. 应用场景

vtkWorldPointPicker广泛应用于科学研究、医学成像、工程建模等领域。以下是一个医学成像应用场景的示例：

// 医学成像应用场景示例
interactor.LeftButtonPressEvt += (sender, e) =>
{
    int[] pos = interactor.GetEventPosition();
    picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
    double[] worldPos = picker.GetPickPosition();

    // 在医学图像中显示选择的世界坐标
    MedicalImageProcessing.DisplayMarkerAtPosition(worldPos);
};

在上述示例中，当用户在医学图像中点击时，使用vtkWorldPointPicker获取选取的世界坐标，并将其传递给医学图像处理模块，以显示标记或执行进一步的分析。

9. 与其他vtk选择器的集成

vtkWorldPointPicker可以与其他VTK选择器（如vtkCellPicker）结合使用，以满足不同的需求。以下是如何结合使用不同选择器的示例：

// 结合使用vtkWorldPointPicker和vtkCellPicker的示例
vtkCellPicker cellPicker = new vtkCellPicker();
vtkPropPicker propPicker = new vtkPropPicker();

interactor.LeftButtonPressEvt += (sender, e) =>
{
    int[] pos = interactor.GetEventPosition();

    cellPicker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
    double[] worldPosCell = cellPicker.GetPickPosition();

    propPicker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
    double[] worldPosProp = propPicker.GetPickPosition();

    // 根据需要处理选取的世界坐标
    ProcessPickedPositions(worldPosCell, worldPosProp);
};

在上述示例中，通过监听交互器的左键点击事件，分别使用vtkCellPicker和vtkPropPicker来获取不同选择器选取的世界坐标，并进行进一步的处理或比较。

10. 完整示例

下面是一个完整的C#示例代码，演示如何初始化和使用vtkWorldPointPicker进行点的选择和获取世界坐标：

using Kitware.VTK;
using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 创建一个VTK渲染窗口和渲染器
        vtkRenderWindow renderWindow = new vtkRenderWindow();
        vtkRenderer renderer = new vtkRenderer();
        renderWindow.AddRenderer(renderer);

        // 创建一个VTK交互器
        vtkRenderWindowInteractor interactor = new vtkRenderWindowInteractor();
        interactor.SetRenderWindow(renderWindow);

        // 创建一个VTK球体作为示例对象
        vtkSphereSource sphereSource = new vtkSphereSource();
        sphereSource.Update();

        vtkPolyDataMapper mapper = new vtkPolyDataMapper();
        mapper.SetInputConnection(sphereSource.GetOutputPort());

        vtkActor actor = new vtkActor();
        actor.SetMapper(mapper);
        renderer.AddActor(actor);

        // 初始化vtkWorldPointPicker
        vtkWorldPointPicker picker = new vtkWorldPointPicker();

        // 将Picker设置给交互器
        interactor.SetPicker(picker);

        // 点击事件处理函数
        interactor.LeftButtonPressEvt += (sender, e) =>
        {
            int[] pos = interactor.GetEventPosition();
            picker.Pick(pos[0], pos[1], 0, renderer);
            double[] worldPos = picker.GetPickPosition();

            Console.WriteLine($"Selected World Position: ({worldPos[0]}, {worldPos[1]}, {worldPos[2]})");
        };

        // 启动交互器
        interactor.Initialize();
        renderWindow.Render();
        interactor.Start();
    }
}

以上示例代码创建了一个简单的VTK渲染窗口，其中包含一个球体作为示例对象。通过监听交互器的左键点击事件，使用vtkWorldPointPicker进行点的选择，并将选择的世界坐标输出到控制台。

总结

vtkWorldPointPicker是在VTK中用于三维场景点选取的重要工具，它通过在屏幕空间内的坐标点与三维场景中的对象进行交互，能够精确地计算并返回选取点的世界坐标。本文详细介绍了该类的功能、用法以及在科学可视化和工程应用中的实际应用场景。 vtkWorldPointPicker不仅在提高用户交互性和操作精度方面具有显著优势，而且在处理大型数据集和复杂场景时仍能保持高效率。它的应用不仅限于医学成像和科学研究，还涵盖了工程建模和虚拟现实等多个领域，为用户提供了强大而灵活的点选取解决方案。

ActiViz中的选择点vtkWorldPointPicker