基于MeshViz的動(dòng)態(tài)交互式圖例技術(shù)研究

張 巖，聶永丹，趙建民，侯俊龍 （東北石油大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

Open Inventor是目前世界上使用最廣泛的面向?qū)ο蟮睦L圖軟件接口，允許用戶通過(guò)搭積木的方式來(lái)構(gòu)建復(fù)雜的三維場(chǎng)景，使得用戶只需花費(fèi)很少的時(shí)間就可以構(gòu)造出復(fù)雜的三維場(chǎng)景[1]。Open Inventor中根據(jù)不同行業(yè)的需求提供了若干擴(kuò)展模塊，其中MeshViz XLM擴(kuò)展模塊提供了強(qiáng)大的應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域中模型網(wǎng)格繪制、提取和數(shù)據(jù)匹配功能，并且包含了高級(jí)的數(shù)據(jù)可視化設(shè)計(jì)組件、復(fù)雜曲面、三維統(tǒng)計(jì)圖等多種可視化對(duì)象，DialogViz擴(kuò)展模塊提供了可以與場(chǎng)景交互的編程接口，使用DialogViz節(jié)點(diǎn)可以控制和操作場(chǎng)景中的對(duì)象，并且DialogViz節(jié)點(diǎn)的使用與其他Open Inventor的使用方式?jīng)]有區(qū)別[2]。下面，筆者對(duì)基于MeshViz的動(dòng)態(tài)交互式圖例技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 使用MeshViz構(gòu)造圖例

1.1 MeshViz圖例節(jié)點(diǎn)

MeshViz提供的圖例節(jié)點(diǎn)類型是MoLegend，它能以一個(gè)矩形的方式給出當(dāng)前色譜的彩色圖例，在這個(gè)矩形圖例上可以設(shè)置圖例的名稱、最大值與最小值等，同時(shí)利用MoLegend提供的編程接口可以實(shí)現(xiàn)展示形狀、方向、顏色映射類型的動(dòng)態(tài)設(shè)定等功能。

1.2 MeshViz顏色映射節(jié)點(diǎn)

顏色映射節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)一個(gè)數(shù)值的大小計(jì)算該數(shù)值對(duì)應(yīng)的顯示顏色，相應(yīng)的顏色就會(huì)在一個(gè)數(shù)據(jù)集合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)體表面上顯示出來(lái)，顏色映射節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的顏色參照表的定義方式，在MeshViz中提供了4種類型的顏色映射節(jié)點(diǎn)。

1）MoLevelColorMapping節(jié)點(diǎn) 該節(jié)點(diǎn)定義了具有N個(gè)數(shù)量級(jí)的數(shù)據(jù)集合和與之對(duì)應(yīng)的N－1種顏色，它的映射方法是如果某個(gè)數(shù)據(jù)v值的在Vk≤v≤Vk＋1范圍內(nèi)，則該數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的屬性將被映射到顏色Ck上去。

2）MoLinearColorMapping節(jié)點(diǎn) 該節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)與顏色集合定義了一種線性映射的方式，假設(shè)某個(gè)數(shù)據(jù)v值的在Vk≤v≤Vk＋1范圍內(nèi)，它對(duì)應(yīng)的顏色Ck取決于（Vk，Ck）和（Vk＋1，Ck＋1）的線性映射關(guān)系。

3）MoPredefinedColorMapping節(jié)點(diǎn) 該節(jié)點(diǎn)是一種預(yù)定義的色譜，使用MoPredefinedColorMapping色譜數(shù)值對(duì)應(yīng)的顏色與預(yù)定義的顏色范圍相匹配，Open inventor根據(jù)不同業(yè)務(wù)的需要提供了9種預(yù)定義色譜類型，用戶可以直接從中選用合適色譜即可[3]。

4）MoCustomColorMapping節(jié)點(diǎn) 該節(jié)點(diǎn)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了MiColorMapping接口的類，必須實(shí)現(xiàn)的函數(shù)是getColor（），getColor（）的作用是根據(jù)一個(gè)給定的數(shù)值轉(zhuǎn)成SbColorRGBA類型的數(shù)值，從而允許用戶實(shí)現(xiàn)任何方式的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

1.3 等價(jià)數(shù)值節(jié)點(diǎn)

在數(shù)據(jù)映射過(guò)程中，色譜上每一種顏色和每一種屬性值相對(duì)應(yīng)，利用不同顏色可以展示出多種不同屬性的效果，相應(yīng)的與某一種顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值叫做等價(jià)數(shù)值。通過(guò)定義等價(jià)數(shù)值可以設(shè)定需要展示數(shù)據(jù)的范圍，MeshViz提供了PbIsovaluesList和PoIsovaluesList 2種定義等價(jià)數(shù)值的類型，因此可以使用下列2種方式定義等價(jià)數(shù)值：①定義一個(gè)繼承自PoIsovaluesList類的子類，將該類的對(duì)象添加到場(chǎng)景中；②定義一個(gè)繼承自PbIsovaluesList的對(duì)象，調(diào)用setIsovaluesList（）函數(shù)和可視化對(duì)象相關(guān)聯(lián)。在MeshViz可以方便地使用上述方法。

2 使用DialogViz交互

2.1 DialogViz初始化

DialogViz模塊中包括了SoTopLevelDialog、SoMenuBar和SoMenuPopup類型的節(jié)點(diǎn)，以及從SoDialogGroup派生的SoColumnDialog、SoRowDialog和SoTabDialog類型的節(jié)點(diǎn)。在交互接口程序中可以同時(shí)使用以上多種節(jié)點(diǎn)。DialogViz的初始化支持2種方式：既可以從程序中直接用代碼定義，也可以從已經(jīng)定義好的文件中讀取。創(chuàng)建一個(gè)DialogViz窗口的步驟如下：①創(chuàng)建一個(gè)SoTopLevelDialog節(jié)點(diǎn)；②設(shè)置SoTopLevelDialog節(jié)點(diǎn)的屬性域；③創(chuàng)建窗口的子節(jié)點(diǎn)控件如按鈕，滑塊等；④將創(chuàng)建的子節(jié)點(diǎn)控件添加到SoTopLevelDialog節(jié)點(diǎn)中；⑤調(diào)用buildDialog（）函數(shù)時(shí)，DialogViz窗口就會(huì)顯示到屏幕上。

2.2 DialogViz節(jié)點(diǎn)交互

Open Inventor中場(chǎng)景的交互采用回調(diào)函數(shù)方式[4]，與之不同的是DialogViz采用Java語(yǔ)言類似的監(jiān)聽(tīng)機(jī)制，DialogViz中提供了一系列預(yù)定義的監(jiān)聽(tīng)類，通過(guò)監(jiān)聽(tīng)類就可以完成用戶事件的交互響應(yīng)。建立一個(gè)監(jiān)聽(tīng)的步驟如下：①定義一個(gè)從預(yù)定義DialogViz接口類派生的監(jiān)聽(tīng)類；②在定義的監(jiān)聽(tīng)類中覆蓋父類的虛函數(shù)，如dialogPushButton（）、dialogCheckBox（）、menuRadioButtons（）等函數(shù)；③將監(jiān)聽(tīng)類添加到場(chǎng)景中。

3 動(dòng)態(tài)交互式圖例的實(shí)現(xiàn)

3.1 構(gòu)造圖例

利用MeshViz模塊創(chuàng)建一個(gè)圖例需要進(jìn)行如下步驟的操作：①初始化圖例節(jié)點(diǎn)，通過(guò)指定圖例大小、坐標(biāo)以及標(biāo)題和數(shù)值的位置來(lái)定義圖例節(jié)點(diǎn)；②在場(chǎng)景中插入PoDataMapping類型數(shù)據(jù)映射對(duì)象并與圖例節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)；③在場(chǎng)景中插入PoIsovaluesList類型等價(jià)數(shù)值對(duì)象并與圖例節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián) （可選）；④指定圖例中所要顯示數(shù)據(jù)的最大值、最小值以及過(guò)渡數(shù)值。如果定義了數(shù)據(jù)映射節(jié)點(diǎn)對(duì)象或者等價(jià)數(shù)值節(jié)點(diǎn)對(duì)象，可以通過(guò)這2類節(jié)點(diǎn)圖例指定數(shù)值范圍；⑤將圖例節(jié)點(diǎn)添加到場(chǎng)景中。

采用模塊化程序設(shè)計(jì)思想，為方便其他模塊調(diào)用[4]，筆者將動(dòng)態(tài)交互圖例封裝在一個(gè)類mylegend中，圖例的初始化利用該類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行完畢后圖例保存在legendroot節(jié)點(diǎn)中。創(chuàng)建圖例關(guān)鍵代碼如下：

3.2 圖例的交互

1）控件定義 采用滑塊控件實(shí)現(xiàn)邊界顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值調(diào)節(jié)控制，利用check控件實(shí)現(xiàn)顏色映射方式的動(dòng)態(tài)交互，DialogViz設(shè)置定義在iv文件中，其中滑塊控件的設(shè)置如下：

2）創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng) 創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)的相關(guān)代碼如下：

3）將控件與監(jiān)聽(tīng)類關(guān)聯(lián) 將控件與監(jiān)聽(tīng)類關(guān)聯(lián)的相關(guān)代碼如下：

3.3 數(shù)據(jù)映射范圍及方式的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)

MeshViz提供的第1種數(shù)據(jù)映射方式PredefColorMapping是將每個(gè)屬性值映射到預(yù)定義的顏色范圍的方式，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需用戶干預(yù)，缺點(diǎn)是在某些情況下屬性的顏色值分布的不靈活，用戶修改顏色分布的難度大。為了用戶能夠自定義不同的顏色模式以及設(shè)置數(shù)據(jù)體某些屬性的顏色表示方式，可以采用MoLinearColorMapping映射方式，由此實(shí)現(xiàn)一種用戶自定義的圖例范圍及映射方式的動(dòng)態(tài)設(shè)定。筆者在mylegend類中提供一個(gè)供外部模塊調(diào)用的public方法setmapvalue，該方法通過(guò)傳入數(shù)據(jù)范圍參數(shù)min、max來(lái)動(dòng)態(tài)改變數(shù)據(jù)映射范圍，通過(guò)參數(shù)order來(lái)判斷用戶的數(shù)據(jù)映射方式是順序還是倒序，以此來(lái)改變映射方式。該函數(shù)的代碼描述如下：

動(dòng)態(tài)交互式圖例程序運(yùn)行界面分別如圖1和圖2所示。

圖1 自定義數(shù)據(jù)范圍順序映射方式圖例

圖2 自定義數(shù)據(jù)范圍反序映射方式圖例

4 結(jié) 語(yǔ)

利用Open Inventor中MeshViz和DialogViz擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互式圖例類，根據(jù)用戶需求可以自定義數(shù)據(jù)映射范圍與映射方式。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，便于用戶直觀理解模型的結(jié)構(gòu)和分析模型特性。此外，由于采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，因而具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以方便地與用戶的其他業(yè)務(wù)模塊集成。

[1]滕貽健，柴山，荊旭，等 .基于Open Inventor的虛擬駕駛仿真系統(tǒng) [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009，29（s1）：323-325.

[2]閻鋒欣，候增選，張定華，等.Open Inventor程序設(shè)計(jì)從入門到精通 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3]Wernecke J.The Inventor Mentor：Programming Object-Oriented 3DGraphics with Open Inventor，Release 2 [M].London：Addison-Wesley Publishing Company，1994.

[4]Ezust A，Ezust P.An Introduction to Design Patterns in C＋＋ with Qt4 [M].New york：Prentice Hall，2006.