第04章-VTK基础（7）

4.16 动画

• 动画是可视化等系统的重要模块；
• 通过编写修改某个Filter和渲染器Render参数的循环，可以实现简单的动画效果。但是一旦有多个参数需要修改时，这种方法就会变得比较复杂。
• VTK提供了一个由vtkAnimationCue和vtkAnimationScene等类所组成的框架，支持动画场景的创建和回放。
• vtkAnimationCue对应一个可随时间改变的实体，比如Actor的空间位置；vtkAnimationScene则表示一个场景或者由vtkAnimationCue实例所组成的动画场景。

动画场景（vtkAnimationScene）

vtkAnimationScene表示一个场景或者是动画场景的建立。动画场景一般是通过渲染一系列的帧，在渲染每一帧时改变某些可视化参数来建立的。所渲染的每一帧都关联一个动画时间，这个时间用来确定动画中每一帧的位置。基于不同的播放模式，动画时间在动画播放过程中是一个计数不断增加的简单变量。

以下列出了类vtkAnimationScene中一些比较重要的方法：

SetStartTime()/SetEndTime()

    设置动画场景的开始和结束时间，也是动画回放时的时间范围。

SetPlayMode()

    用于控制动画回放的模式，也就是动画时间是如何改变的。有两种模式可以设置。

SequenceMode (PLAYMODE_SEQUENCE)

    这种模式下，每帧的动画时间增加(1/frame-rate)的间隔，直至达到所设置的EndTime。因此，所渲染的总帧数是固定的，与渲染每一帧时所用的时间的长短无关。

RealTimeMode (PLAYMODE_REALTIME)

    这种模式下，整个动画的运行时间大约是(EndTime-StartTime)秒，其中第n帧的运行时间是：第(n-1)帧的运行时间+渲染第(n-1)帧所用的时间。因此，所渲染的总帧数随着渲染每一帧所用时间的不同而不同。

SetFrameRate()

    帧率是指单位时间内渲染的帧数。主要用于Sequence模式。

AddCue(),RemoveCue(), RemoveAllCue()

    添加vtkAnimationCue实例到场景中或者从场景中移除vtkAnimationCue实例。

SetAnimationTime()

    指定某一帧的动画时间。

GetAnimationTime()

    动画回放时，获取动画的时钟时间。

Play()

    开始播放动画。

SetLoop()

    如果设置为true，则调用Play()方法后将进入动画循环。

AnimationCue (vtkAnimationCue)

    vtkAnimationCue对应动画场景中随时间改变的实体。vtkAnimationCue实例本身并不知道与动画相关的参数是如果改变的。因此，用户必须从vtkAnimationCue中派生出子类或者使用观察者模式监听事件，来改变动画过程中需要改变的参数。

动画场景中的Cue实体都有一个开始时间（start-time）和结束时间（end-time）。动画回放时，当场景的动画时间是处于所指定的开始时间与结束时间的范围内时，Cue实体就会被激活。Cue实体一旦激活后，它本身会发出vtkCommand::StartAnimationCueEvent事件。而对于动画系列中的每一帧，则发出vtkCommand::AnimationCueTickEvent事件，当动画时间递增至Cue实体的结束时间时，会发出vtkCommand::EndAnimationCueEvent事件。以下是vtkAnimationCue类中一些比较重要的方法：

    SetTimeMode

        TimeMode定义了Cue实体的起始时间和结束时间是如何指定的，有两种模式可选。

    Relative (TIMEMODE_RELATIVE)

        这种模式下，动画场景中的Cue实体的时间是相对动画场景的开始时间来指定的。

    Normalized (TIMEMODE_NORMALIZED)

        这种模式下，Cue实体的开始时间和结束时间的取值范围为[0,1]，其中0对应动画场景的开始，1对应结束。

    SetStartTime/SetEndTime

        这两个方法主要是当Cue实体被激活时，标识动画时间的范围。当TimeMode取值为TIMEMODE_RELATIVE时，与动画场景的起始和结束时间有相同的单位。当TimeMode取值为TIMEMODE_NORMALIZED时，Cue实体的开始时间和结束时间的取值范围为[0,1]，其中0对应动画场景的开始，1对应结束。

    GetAnimationTime()

        用于vtkCommand::AnimationCueTickEvent事件的处理。处理事件时，可用来确定动画场景中的当前帧。其值依赖于TimeMode，如果TimeMode取值为TIMEMODE_RELATIVE时，其值是Cue实体激活后的时间单位的倍数；TimeMode取值为TIMEMODE_NORMALIZED时，Cue实体的开始时间和结束时间的取值范围为[0,1]，其中0对应动画场景的开始，1对应结束。

    GetClockTime()

        该方法与vtkAnimationScene::GetAnimationTime()中的动画时钟时间类似。只有当处理vtkCommand::AnimationCueTickEvent事件时才有效。

    TickInternal (double currenttime, doubledeltatime, double clocktime)

        正如前面所提的，我们可以派生一个vtkAnimationCue子类来代替编写处理动画事件的函数。子类派生时，需要重载该函数。其中该函数的参数分别对应GetAnimationTime()，GetDeltaTime()和GetClockTime()的返回值。

    StartCueInternal(), EndCueInternal()

        这两个方法可在子类中重载，主要做一些创建、清除等工作以及动画回放时控制Cue实体的开始和结束。用户也可以添加事件观察者，通过监听vtkCommand::StartAnimationCueEvent和vtkCommand::EndAnimationCueEvent事件来实现类似的功能。

以下的示例中，我们创建了一个简单的动画：vtkSphereSource的StartTheta随着动画时间而改变。示例中的Cue实体使用Normalized时间模式，因此，可以通过改变场景时间或者Cue实体的时间来改变StartTheta的值。

class vtkCustomAnimationCue : public vtkAnimationCue
{
public:
       static vtkCustomAnimationCue* New();
       vtkTypeRevisionMacro (vtkCustomAnimationCue,vtkAnimationCue);
 
       vtkRenderWindow *RenWin;
       vtkSphereSource *Sphere;
 
protected:
       vtkCustomAnimationCue()
       {
              this->RenWin = 0;
              this->Sphere = 0;
       }
 
       // Overridden to adjust the sphere'sradius depending on the frame we
       // are rendering. In this animation wewant to change the StartTheta
       // of the sphere from 0 to 180 over thelength of the cue.
       virtual void TickInternal(doublecurrenttime, double deltatime, double clocktime)
       {
              double new_st = currenttime * 180;
              // since the cue is in normalizedmode, the currenttime will be in the
              // range[0,1], where 0 is start ofthe cue and 1 is end of the cue.
              this->Sphere->SetStartTheta(new_st);
              this->RenWin->Render();
       }
};
vtkStandardNewMacro(vtkCustomAnimationCue);
vtkCxxRevisionMacro(vtkCustomAnimationCue,"$Revision$");
 
int main(int argc, char *argv[])
{
       // Create the graphics sturctures. Therenderer renders into the
       // render window.
       vtkRenderer *ren1 = vtkRenderer::New();
       vtkRenderWindow *renWin =vtkRenderWindow::New();
       renWin->SetMultiSamples(0);
       renWin->AddRenderer(ren1);
 
       vtkSphereSource *sphere =vtkSphereSource::New();
       vtkPolyDataMapper *mapper =vtkPolyDataMapper::New();
       mapper->SetInputConnection(sphere->GetOutputPort());
       vtkActor *actor = vtkActor::New();
       actor->SetMapper(mapper);
       ren1->AddActor(actor);
 
       ren1->ResetCamera();
       renWin->Render();
 
       //Create an Animation Scene
       vtkAnimationScene *scene =vtkAnimationScene::New();
       scene->SetModeToSequence();
       scene->SetFrameRate(30);
       scene->SetStartTime(0);
       scene->SetEndTime(60);
 
       // Create an Animation Cue to animate thecamera.
       vtkCustomAnimationCue *cue1 =vtkCustomAnimationCue::New();
       cue1->Sphere = sphere;
       cue1->RenWin = renWin;
       cue1->SetTimeModeToNormalized();
       cue1->SetStartTime(0);
       cue1->SetEndTime(1.0);
       scene->AddCue(cue1);
       scene->Play();
       scene->Stop();
 
       ren1->Delete();
       renWin->Delete();
       scene->Delete();
       cue1->Delete();
       return 0;
}