VTK 相机类：vtkCamera

VTK 相机类：vtkCamera

vtkCamera 类简介

VTK使用vtkCamera类来表示三维渲染场景中的相机。vtkCamera负责把三维场景投影到二维平面，如屏幕、图像等。它提供了定位和定向视点到焦点的方法，还提供了围绕焦点移动的方便操作；更复杂的方法允许操纵计算机图形模型，包括视图上方向向量、剪裁平面和相机透视。

相机投影

下图为相机投影示意图：

与相机投影相关的要素主要有如下几个：

• 相机位置：即相机所在的位置，用方法vtkCamera::SetPosition()设置。

• 相机焦点：用方法vtkCamera::SetFocusPoint()设置，默认的焦点位置在世界坐标系的原点。

• 朝上方向：即哪个方向为相机朝上的方向，用方法vtkCamera::SetViewUp()设置。就好比我们直立看东西，方向为头朝上，看到的东西也是直立的，如果我们倒立看某个东西，这时方向为头朝下，看到的东西当然就是倒立的。相机位置、相机焦点和朝上方向三个因素确定了相机的实际方向，即确定相机的视图。

• 投影方向：相机位置到相机焦点的向量方向即为投影方向。

• 投影方法：确定Actor是如何映射到像平面的。vtkCamera定义了两种投影方法，一种是正交投影（OrthographicProjection），也叫平行投影（Parallel Projection），即进入相机的光线与投影方向是平行的。另一种是透视投影（Perspective Projection），即所有的光线相交于一点。

• 视角：透视投影时需要指定相机的视角（View Angle），默认的视角大小为30º，可以用方法vtkCamera::SetViewAngle()设置。

• 前后裁剪平面：裁剪平面与投影方向相交，一般与投影方向也是垂直的。裁剪平面主要用于评估Actor与相机距离的远近，只有在前后裁剪平面之间的Actor才是可见的。裁剪平面的位置可以用方法vtkCamera::SetClippingRange()设置。

vtkCamera 类常用函数

设置相机的朝上方向，默认为(0, 1, 0)：

void vtkCamera::SetViewUp(double vx, double vy, double vz);

设置相机位置，默认为(0, 0, 1)：

void vtkCamera::SetPosition(double x, double y, double z);

设置焦点，默认为(0, 0, 0)：

void vtkCamera::SetFocalPoint(double x, double y, double z);

设置前后裁剪平面位置，默认为(0.1, 1000)：

void vtkCamera::SetClippingRange(double dNear, double dFar);

设置相机视角，默认为30度，如果为平行投影则该角度无效：

void vtkCamera::SetViewAngle(double angle);

根据设置的相机位置、焦点等信息，重新计算视平面（View Plane）的法向量：

void vtkCamera::ComputeViewPlaneNormal(); // 

一般该法向量与视平面是垂直的，如果不是垂直的话，Actor等看起来会有一些特殊的效果，如错切。

vtkRenderer类自带一个默认的相机类，可以获取该相机，也可以设置自己的相机：

vtkRenderer::GetActiveCamera() // 获取vtkRenderer渲染器里默认的相机
vtkRenderer::SetActiveCamera() // 把相机设置到渲染场景中
vtkRenderer::ResetCamera() // 重设相机参数

vtkCamera 控制相机运动

缩放相机与焦点的距离：

vtkCamera::Dolly(double value);

将相机与焦点的距离除以给定的推拉值。使用大于1的值向焦点推拉，使用小于1的值远离焦点推拉。

绕投影方向旋转：

vtkCamera::Roll(double angle);

围绕投影方向旋转相机。这将使摄影机绕其轴旋转。

水平方向旋转相机：

vtkCamera::Azimuth(double angle);

围绕以焦点为中心的视图向上矢量旋转相机。请注意，视图向上矢量是通过SetViewUp设置的，不一定垂直于投影方向。结果是相机的水平旋转（纬度）。

水平方向旋转场景：

vtkCamera::Yaw(double angle);

使用相机的位置作为旋转中心，围绕视图向上矢量旋转焦点。请注意，视图向上矢量是通过SetViewUp设置的，不一定垂直于投影方向。结果是场景的水平旋转（纬度）。

垂直方向旋转场景：

vtkCamera::Elevation(double angle);

使用焦点作为旋转中心，围绕投影方向的负值与视图向上向量的叉积旋转相机。结果是场景的垂直旋转（经度）。

垂直方向旋转相机：

vtkCamera::Pitch(double angle);

使用相机的位置作为旋转中心，围绕视图向上矢量和投影方向的叉积旋转焦点。结果是摄影机垂直旋转（经度）。

缩放视角：

vtkCamera::Zoom(double factor);

在透视模式下，将视角减小指定的因子。在平行模式下，将平行比例减小指定的因子。值大于1表示放大，值小于1表示缩小。注意：当UseExplicitProjectionTransformMatrix为true时，将忽略此设置。

参考

1. https://blog.youkuaiyun.com/liushao1031177/article/details/116903698
2. https://blog.youkuaiyun.com/m0_67254672/article/details/135838842
3. https://blog.youkuaiyun.com/shenziheng1/article/details/52769431
4. https://blog.youkuaiyun.com/colddie/article/details/16948231
5. https://blog.youkuaiyun.com/Goofy2014/article/details/40594983
6. https://blog.youkuaiyun.com/weixin_38293453/article/details/103800090
7. https://blog.youkuaiyun.com/Q1302182594/article/details/45771371