VTK_Learning_三维图像切片（二）———鼠标交互（回调函数、观察者-命令模式）

学习三维图像切面的提取后，我们可以实现一个稍微复杂的程序——通过滑动鼠标来切换三维图像切片，这也是医学图像处理软件中一个很基本的功能。实现该功能难点是怎样在VTK中控制鼠标来实时提取图像切片。我们采用观察者/命令(Observer/Command)模式机制来实现。
VTK中鼠标消息是在交互类型对象（interactorstyle）中响应，因此通过为交互类型对象（interactorstyle）添加观察者（observer）来监听相应的消息，当消息触发时，由命令模式执行相应的回调函数。

1.鼠标滑动提取三维图像切片--重新定义切片中心

//记下鼠标Y向变化的幅值大小
int deltaY = lastPos[1] - currPos[1];

//记下鼠标X向变化的幅值大小
int deltaX = lastPos[0] - currPos[0];

//reslice->Update();
double sliceSpacing = reslice->GetOutput()->GetSpacing()[2];
vtkMatrix4x4 *matrix = reslice->GetResliceAxes();
//重新定位切片需要经过的中心点
double point[4];
double center[4];
point[0] = 0;
point[1] = 0;
point[2] = sliceSpacing * deltaY;
point[3] = 1.0;
matrix->MultiplyPoint(point, center);
matrix->SetElement(0, 3, center[0]);
matrix->SetElement(1, 3, center[1]);
matrix->SetElement(2, 3, center[2]);
鼠标竖直滑动重新定义切片的中心位置。注意：理解MultiplyPoint 是两个矩阵相乘，表示  center4*1  =  matrix4*4  乘以  point4*1。

 2.鼠标滑动设置窗宽、窗位--重新定义窗位的位置

static double colorWindowLevel = 500;
static double colorWindowWith = 2000;
colorWindowLevel += deltaX;

colorMap->GetLookupTable()->SetRange(colorWindowLevel - colorWindowWith / 2, colorWindowLevel + colorWindowWith / 2);

鼠标横着滑动，会改变窗位的位置，而窗宽是固定不变的。

 

关于窗宽、窗位的理解：

窗宽、窗位不是指可视化的窗口的宽度，而是指设置CT图像的灰度值的范围，用于可视化的灰度值范围，CT灰度值范围是0到65536。窗位定以后，根据窗宽值，则可视化的灰度值范围：[窗位-窗宽/2,窗位+窗宽/2]

 3.代码

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkMetaImageReader.h>
#include <vtkDicomImageReader.h>
#include <vtkMatrix4x4.h>
#include <vtkLookupTable.h>
#include <vtkImageMapToColors.h>
#include <vtkImageActor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkInteractorStyleImage.h>

#include <vtkCommand.h> //建立“观察者/命令”模式监听鼠标消息 完成交互
#include <vtkImageReslice.h>
#include <vtkImageData.h>
class vtkImageInteractionCallback : public vtkCommand
{
public:
  static vtkImageInteractionCallback *New() //回调函数初始化函数
  {
    return new vtkImageInteractionCallback;
  }
  vtkImageInteractionCallback()
  {
    this->Slicing = 0;
    this->ImageReslice = 0;
    this->Interactor = 0;
  }
  void SetImageReslice(vtkImageReslice *reslice)
  {
    this->ImageReslice = reslice;
  }
  vtkImageReslice *GetImageReslice()
  {
    return this->ImageReslice;
  }

  void SetImageResliceColorMap(vtkImageMapToColors * colorMap)
  {
    this->colorMap= colorMap;
  }
  vtkImageMapToColors *GetImageResliceColorMap()
  {
    return this->colorMap;
  }
  void SetInteractor(vtkRenderWindowInteractor *interactor)
  {
    this->Interactor = interactor;
  }
  vtkRenderWindowInteractor *GetInteractor()
  {
    return  this->Interactor;
  }
  virtual void Execute(vtkObject *, unsigned long event, void *)
  {
    vtkRenderWindowInteractor *interactor = GetInteractor();
    int lastPos[2];
    interactor->GetLastEventPosition(lastPos);
    int currPos[2];
    interactor->GetEventPosition(currPos);

    if (event == vtkCommand::LeftButtonPressEvent)
    {
      this->Slicing = 1; //标志位 
    }
    else if (event == vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent)
    {
      this->Slicing = 0; //标志位 
    }
    else if (event == vtkCommand::MouseMoveEvent)
    {
      if (this->Slicing)//检验鼠标左键已经按下 正在执行操作
      {
        vtkImageReslice *reslice = this->ImageReslice;

        //记下鼠标Y向变化的幅值大小
        int deltaY = lastPos[1] - currPos[1];

        //记下鼠标X向变化的幅值大小
        int deltaX = lastPos[0] - currPos[0];

        //reslice->Update();
        double sliceSpacing = reslice->GetOutput()->GetSpacing()[2];
        vtkMatrix4x4 *matrix = reslice->GetResliceAxes();
        //重新定位切片需要经过的中心点
        double point[4];
        double center[4];
        point[0] = 0;
        point[1] = 0;
        point[2] = sliceSpacing * deltaY;
        point[3] = 1.0;
        matrix->MultiplyPoint(point, center);

        //***********理解MultiplyPoint   center4*1  =  matrix4*4  乘以  point4*1
        for (int i = 0;  i < 4; i++)
        {
          for (int j = 0; j < 4;j++)
          {
            std::cout << matrix->GetElement(i,j)<< "\t";
          }
          std::cout << "\n";
        }
        std::cout << "\n";
        std::cout << point[0] << "\t" << point[1] << "\t" << point[2] << "\t" << point[3] << "\n";
        std::cout << center[0] << "\t" << center[1] << "\t" << center[2] << "\t" << center[3] << "\n";

        //******************

        matrix->SetElement(0, 3, center[0]);
        matrix->SetElement(1, 3, center[1]);
        matrix->SetElement(2, 3, center[2]);
        static double colorWindowLevel = 500;
        static double colorWindowWith = 2000;
        colorWindowLevel += deltaX;

        colorMap->GetLookupTable()->SetRange(colorWindowLevel - colorWindowWith / 2, colorWindowLevel + colorWindowWith / 2);

        reslice->Update();
        colorMap->Update();
        interactor->Render();
      }
      else
      {
        vtkInteractorStyle *style = vtkInteractorStyle::SafeDownCast(
          interactor->GetInteractorStyle());
        if (style)
        {
          style->OnMouseMove();
        }
      }
    }
  }
private:
  int Slicing;
  vtkImageReslice *ImageReslice;
  vtkImageMapToColors * colorMap;
  vtkRenderWindowInteractor *Interactor;
};
//**********************************************************************************//





#include <array>

//IMPLEMENT_UEG_NAV_LOGGER(main)

int main(int argc, char *argv[])
{
  vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader> reader = vtkSmartPointer<vtkDICOMImageReader>::New(); //创建读取dicom图片指针对象
  reader->SetDirectoryName("D:/workSpace/DICM/sunguihua/SGH"); //设置医学图像文件夹路径
  reader->SetDataByteOrderToLittleEndian();
  reader->Update();
  cout << "读取数据完成" << endl;


  int extent[6];
  double spacing[3];
  double origin[3];

  reader->GetOutput()->GetExtent(extent);
  reader->GetOutput()->GetSpacing(spacing);
  reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);

  double center[3];
  center[0] = origin[0] + spacing[0] * 0.5 * (extent[0] + extent[1]);
  center[1] = origin[1] + spacing[1] * 0.5 * (extent[2] + extent[3]);
  center[2] = origin[2] + spacing[2] * 0.5 * (extent[4] + extent[5]);
  //*****************************************************************//
  static double axialElements[16] = {
    1, 0, 0, 0,
    0, 1, 0, 0,
    0, 0, 1, 0,
    0, 0, 0, 1
  };

  vtkSmartPointer<vtkMatrix4x4> resliceAxes =
    vtkSmartPointer<vtkMatrix4x4>::New();
  resliceAxes->DeepCopy(axialElements);
  resliceAxes->SetElement(0, 3, center[0]);
  resliceAxes->SetElement(1, 3, center[1]);
  resliceAxes->SetElement(2, 3, center[2]);

  vtkSmartPointer<vtkImageReslice> reslice =
    vtkSmartPointer<vtkImageReslice>::New();
  reslice->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
  reslice->SetOutputDimensionality(2);


  reslice->SetResliceAxes(resliceAxes);
  reslice->SetInterpolationModeToLinear();



  //*****************************************************************//
  vtkSmartPointer<vtkLookupTable> colorTable =
    vtkSmartPointer<vtkLookupTable>::New();
  colorTable->SetRange(-500,1500);
  colorTable->SetValueRange(0.0, 1.0);
  colorTable->SetSaturationRange(0.0, 0.0);
  colorTable->SetRampToLinear();
  colorTable->Build();
  vtkSmartPointer<vtkImageMapToColors> colorMap =
    vtkSmartPointer<vtkImageMapToColors>::New();
  colorMap->SetLookupTable(colorTable);
  colorMap->SetInputConnection(reslice->GetOutputPort());
  colorMap->Update();
  //*****************************************************************//
  vtkSmartPointer<vtkImageActor> imgActor =
    vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
  imgActor->SetInputData(colorMap->GetOutput());

  vtkSmartPointer<vtkRenderer> renderer =
    vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
  renderer->AddActor(imgActor);
  renderer->SetBackground(0.4, 0.5, 0.6);

  vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
  renderWindow->AddRenderer(renderer);
  renderWindow->Render();
  renderWindow->SetSize(640, 480);
  renderWindow->SetWindowName("Extract3Dslice");

  vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> rwi =
    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
  vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage> imagestyle =
    vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage>::New();
  rwi->SetInteractorStyle(imagestyle);
  rwi->SetRenderWindow(renderWindow);
  rwi->Initialize();
  //****************建立 观察者-命令 模式****************//
  vtkSmartPointer<vtkImageInteractionCallback> callback =
    vtkSmartPointer<vtkImageInteractionCallback>::New();
  callback->SetImageReslice(reslice);
  callback->SetInteractor(rwi);
  callback->SetImageResliceColorMap(colorMap);

  imagestyle->AddObserver(vtkCommand::MouseMoveEvent, callback);
  imagestyle->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonPressEvent, callback);
  imagestyle->AddObserver(vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent, callback);

  rwi->Start();



  return 0;

}

vtkImageInteractionCallback继承自vtkCommand类，并覆盖父类函数Execute()。
该类提供了两个接口：SetImageReslice和SetInteractor。
SetImageReslice用以设置vtkImageSlice对象，vtkImageSlice根据设置的变换矩阵提取三维图像切片。SetInteractor用以设置vtkRenderWindowInteractor，vtkRenderWindowInteractor类对象负责每次提取切片后刷新视图。
下面重点看Execute函数，该函数提供了具体的切片提取功能。在该函数里面，主要监听了三个消息：
vtkCommand::LeftButtonPressEvent，
vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent，
vtkCommand::MouseMoveEvent，
前两个消息分别是鼠标左键的按下和弹起消息。当鼠标左键按下时，就设置切片提取标志为1，而当弹起时，将标志置为0。这样在鼠标移动时，只有在确定切片提取标志为1时，执行切片提取功能。
vtkCommand::MouseMoveEvent即为鼠标移动消息。当检测到该消息时，首先检查切片提取标志，当为1时提取切片。提取切片时，需要为vtkImageSlice对象设置变换矩阵。这里在函数开始时，首先获取了鼠标滑动的前后两次点的位置lastPos和currPos。然后根据两点的Y坐标差deltaY，计算新的中心点center并变换至vtkImageSlice当前变换矩阵中，得到变换中心点，将其设置到原来的变换矩阵matrix中，并设置到vtkImageSlice中，最后执行interactor->Render()即可不断的根据鼠标移动刷新图像。

Command对象定义完毕后，即可为交互对象InteractorStyle添加观察者，响应鼠标消息。
这里主要是定义了vtkImageInteractionCallback对象，并设置vtkImageSlice对象和vtkRenderWindowInteractor对象。然后为交互对象vtkInteractorStyle添加观察者来监控相应的消息，这里主要是三个消息：
vtkCommand::LeftButtonPressEvent，
vtkCommand::LeftButtonReleaseEvent，
vtkCommand::MouseMoveEvent，
当响应到这三个消息时，立即执行vtkImageInteractionCallback的Execute函数，以便实现切片的实时提取和更新。完成以后，运行程序，当鼠标在图像上移动时，会发现图像会跟着鼠标的移动而变化。
 

4.效果图