MITK中的渲染

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MITK的渲染管道继承自VTK的渲染管道

VTK渲染管道

在VTK中，vtkRenderWindow协调渲染过程。多个vtkRenderer可能被关联到一个vtkRenderWindow。所有能够存在于一个渲染场景(2D或3D)中的可见物体，都继承自vtkProp(或其子类vtkActor)。vtkPropAssembly是多个vtkProp的集合，看起来像是一个vtkProp。

MITK使用新的接口类，vtkMitkRenderProp，同样继承自vtkProp。同vtkPropAssembly一样，所有的MITK渲染工作都通过这个接口类进行。所以，MITK的渲染过程被完全融入VTK的渲染管道。从VTK的角度看，MITK的renders就像是自定义的vtkProp。

MITK渲染管道

这个过程与VTK紧密相关。我们使用vtkMitkRenderProp，协同mitk::VtkPropRenderer 共同保证与VTK渲染管道的集成。QmitkRenderWindow没有继承 mitk::RenderWindow，而是继承自VTK的QVTKWidget

MITK渲染过程中最重要的几个类如下所示：

向vtkRenderWindow发送的一个render请求并不仅仅更新VTK的管道，同样也更新MITK管道。但是，mitk::RenderingManager仍然协调渲染过程中的更新行为。更新请求应该被送给RenderingManager，如有需要，RenderingManager会请求更新所有的vtkRenderWindow。vtkRenderWindow然后调用它关联着的所有vtkRenderer的Render()函数。

目前，MITK特意使用特别的vtkRenderer（不在标准MITK渲染管道之中），比如显示梯度背景(mitk::GradientBackground)、显示视频资源(QmitkVideoBackround和mitk::VideoSource)、或显示logo（mitk::ManufacturerLogo）等等，尽管这些特别的renderer（一种SceneRenderer）是 QmitkRenderWindow的成员。这个vtkRenderer与自定义的 vtkMitkRenderProp相关，负责MITK渲染。

这个vtkRenderer调用vtkMitkRenderProp中的四个函数：RenderOpaqueGeometry(),RenderTranslucentPolygonalGeometry(),RenderVolumetricGeometry() and RenderOverlay()。这些函数调用被转给mitk::VtkPropRenderer，然后根据mapper的类型(基于OpenGL或VTK)，OpenGL被enabled或disabled。在OpenGL渲染的情况下，每个mapper的Paint()函数都被调用。如果mapper是基于VTK的，这四个函数调用被转给 mitk::VtkMapper，然后在这些方法内，对应的VtkProp被evaluated。这两种策略都在下面的图中：

Sequence diagram for MITK VTK rendering

在MITK中，基于VTK的mapper更常见，而且我们鼓励使用基于VTK的mapper。不过MITK仍然支持基于OpenGL的mapper。

Sequence diagram for MITK OpenGL rendering

MITK Mapper的结构

Mapper的作用是把数据变成真实的物体，比如面、点、线等。所有mapper的基类都是mitk::Mapper。mapper的层级结构反映了MITK中两种可能的渲染方式：mitk::Mapper的子类控制渲染实体的生成，也就是与图形库（通过OpenGL或VTK）的接口。mapper的层级结构如下面的UML表所示：

mitk::Mapper::Update()：调用输入数据在指定renderer的time step并检查time step是否有效并调用方法。
mitk::Mapper::GenerateDataForRenderer()：在具体的mapper中会重写，用来生成实体。
mitk::Mapper::SetDefaultProperties()：为mapper定义属性。

用户指导：关于渲染的编程提示

QmitkRenderWindow可以用类似这种方式获得：
this->GetRenderWindowPart()->GetRenderWindow(“axial”)；
vtkRenderWindow类似这样获得：this->GetRenderWindowPart()->GetRenderWindow(“axial”)->GetVtkRenderWindow()；
mitkBaseRenderer可以这样获得：mitk::BaseRenderer* renderer = mitk::BaseRenderer::GetInstance(this->GetRenderWindowPart()->GetRenderWindow(“sagittal”)->GetRenderWindow());
QmitkStdMultiWidget整体更新：this->GetRenderWindowPart()->GetRenderingManager()->RequestUpdateAll();
单个QmitkRenderWindow的更新：this->GetRenderWindowPart()->GetRenderingManager()->RequestUpdate(this->GetRenderWindowPart()->GetRenderWindow(“axial”)->GetVtkRenderWindow());

注意
大多数情况下并不需要用到ForceImmediateUpdateAll()

个别渲染管道的建立

有时，我们需要某个（或多个）QmitkRenderWindow的管理不同于“通常”的QmitkStdMultiWidget中定义的renderwindow。这可能涉及到被渲染的数据以及可能的交互。为达成这个目的，我们需要一组对象：

mitk::RenderingManager ->管理渲染
mitk::DataStorage ->管理被渲染的数据
mitk::GlobalInteraction -> 管理所有交互
QmitkRenderWindow ->数据的实际可视化

这几个类的设置和关联十分简单：

// create a new instance of mitk::RenderingManager
mitk::RenderingManager::Pointer renderingManager = mitk::RenderingManager::New();
// create new instances of DataStorage and GlobalInteraction
mitk::DataStorage::Pointer dataStorage = mitk::DataStorage::New();
mitk::GlobalInteraction::Pointer globalInteraction = mitk::GlobalInteraction::New();
// add both to the RenderingManager
renderingManager->SetDataStorage( dataStorage );
renderingManager->SetGlobalInteraction( globalInteraction );
// now create a new QmitkRenderWindow with this renderingManager as parameter
QmitkRenderWindow* renderWindow = new QmitkRenderWindow( parent,"name",renderer,renderingManager );

这就是建立自己的渲染管道所需的全部内容。显然，你需要将所有想渲染的数据加入到新的DataStorage中。如果你想跟这个renderwindow交互，还需要添加Interactors/Listeners。

注意
应避免将mitk::BaseRenderer dynamic cast到OpenGLRenderer（或VtkPropRenderer）。”MITK Scene” vtkRenderer和vtkRenderWindow 也包含到了mitk::BaseRenderer中。

如何编写自己的Mapper

如果想编写自己的Mapper，首先需要决定需要基于VTK还是OpenGL的Mapper。我们建议基于VTK，因为VTK易学，且一些机遇OpenGL的mapper可能有副作用。

下面提供一些编写基于VTK的mapper的建议：

包含mitkLocalStorageHandler.h，继承BaseLocalStorage类，作为自定义mapper的嵌套类。LocalStorage实例应该包含所有VTK的资源，如actors,textures,mappers,polydata等。LocalStorageHandler应该为具体的mitk::Mapper子类提供一个LocalStorage。每个RenderWindow /mitk::BaseRenderer都有自己的LocalStorage实例，以便每个窗口都包含所有资源(actors,shaders,…) 。
GenerateDataForRenderer()应该重写，以便生成需要被渲染实体。每次Mapper::Update() 都会调用GenerateDataForRenderer()，所有被渲染的实体都会被重新计算。使用LocalStorage::IsGenerateDataRequired()决定是否需要再次生成这些实体。场景刚刚被平移或旋转的情况下无需再次生成。
对于2D mapper，需要决定是否渲染靠近当前平面的3D实体。使用planeGeometry = renderer->GetSliceNavigationController()->GetCurrentPlaneGeometry() 获得当前平面。该平面到3D实体的距离可以使用planeGeometry->DistanceFromPlane(point)计算。
重写GetVtkProp()，它应该返回GenerateDataForRender() 中生成的具体VtkProp（单个actor或者多个actor的组合–propassembly）。
SetDefaultProperties() 给具体的mapper定义属性。

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