Python的3D可视化库【vedo】2-5 (plotter模块) 坐标转换、场景导出、添加控件

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vedo是Python实现的一个用于辅助科学研究的3D可视化库。vedo的plotter模块是管理对象和控制3D渲染的模块。
plotter.Plotter实例可以用于显示3D图形对象、控制渲染器行为、操控相机、创建事件以及导出3D数据。几乎所有关于3D图形的操作，都是在Plotter渲染的窗口进行的。

参考：vedo官方文档

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4 Plotter类的方法

按照功能把Plotter的方法分组整理，前面已经把主要的方法整理完了，剩下的是一些辅助方法，分为转换坐标、场景导出、添加附件三类。

4.7 屏幕和场景中的坐标点转换

有的方法需要以3D世界坐标系中的坐标作为参数，也有一些方法需要以屏幕坐标为参数。
这里提供了两种坐标互相转换的方法。

4.7.1 屏幕坐标转为世界坐标

plt.compute_world_coordinate()
把屏幕上的2D点转换为渲染场景中的3D点坐标。参数如下：

• pos2D，2D屏幕坐标点；
• at=None，渲染器序号；
• objs=()，欲放置该点的网格对象列表；
• bounds=()，指定边界框；
• offset=None，指定偏移值；
• pixeltol=None，屏幕容差；
• worldtol=None，世界坐标容差；

4.7.2 世界坐标转为屏幕坐标

plt.compute_screen_coordinates(obj, full_window=False)
给定当前渲染器或整个窗口中的3D点，找到它的屏幕像素坐标。
obj是网格对象时，会计算其所有顶点坐标在屏幕上的位置。
obj也可以是三维坐标元组组成的序列。

c = vedo.Cube()
plt = vedo.Plotter()
# 将对象的顶点转为屏幕位置
p1 = plt.compute_screen_coordinates(c)
# 将指定的3维坐标点转为屏幕位置
p2 = plt.compute_screen_coordinates([(1, 1, 1), (2, 2, 2)])

上述的两个方法可以填超出屏幕大小或是超出窗口大小的坐标。

4.7.3 屏幕坐标取颜色

plt.color_picker(xy, verbose=False)
指定屏幕上的坐标位置，提取像素点的颜色，返回RGB格式的颜色。
选取的点在渲染窗口区域之外，返回None。
verbose为真时，会输出更详细的信息。

plt = vedo.Plotter()
p = plt.color_picker([200, 100], verbose=True)
print(p)

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4.8 导出

4.8.1 导出2D图片

plt.screenshot(filename='screenshot.png', scale=1, asarray=False)
对Plotter窗口截图。
scale为整数，设置图片的像素大小倍率。
asarray为真时，不生成图片，而是以numpy数组的格式返回。

c = vedo.Cube()
plt = vedo.Plotter()
plt.show(c, vedo.Text2D("scale=2", s=3), interactive=False)
plt.screenshot("kkk2.jpg", scale=2)
arr = plt.screenshot(asarray=True)
print(arr)
plt.interactive()

数组输出结果是

[[[255 255 255][255 255 255][255 255 255]...[255 255 255][255 255 255][255 255 255]]...[[255 255 255][255 255 255][255 255 255]...[255 255 255][255 255 255][255 255 255]]]

plt.toimage(scale=1)
从当前渲染器窗口生成一个Image对象。

4.8.2 导出3D文件

plt.export(filename='scene.npz', binary=False)
把场景导出为HTML、X3D或numpy文件，文件格式在filename参数中指定后缀即可。

• HTML文件可以直接在浏览器渲染。
• X3D文件(后缀x3d)可以被常用的3D建模软件兼容。
• numpy文件(后缀npz)是Python独有的，体积小，可以快速读取。

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4.9 添加控件

4.9.1 添加内嵌子窗口

plt.add_inset(\*objects, \*\*options)
往渲染器添加一个可拖动的嵌入空间。

• at=None，渲染器编号；
• pos=0，嵌入框的初始位置。范围1-4，分别表示窗格的左上、右上、左下、右下。
  也可以填(x,y)元组，x、y范围0-1，表示宽和高占渲染窗格大小的百分比。
• size=0.1，方形嵌入空间占窗格大小的百分比；
• draggable=True，为真时该子渲染控件可以被拖动；
• c="lb"，嵌入框在被拖动时的颜色；

c = vedo.Cube(pos=(1, 0, 0))
s = vedo.Sphere(pos=(-1, 0, 0), res=10)
plt = vedo.Plotter(bg="lb")
# 子窗格显示立方体
plt.add_inset(c)
plt.show(c, s)

子窗口中的立方体会与主场景中的立方体同步旋转。

4.9.2 添加选择区

plt.pick_area(pos1, pos2, at=None)
由两个2D屏幕坐标点确定一个方框，选中其内的所有对象。
返回一个Mesh对象，带有可见的视图区。常用来用来选择场景中的对象。

c = vedo.Cube(pos=(1, 0, 0))
s = vedo.Sphere(pos=(-1, 0, 0), res=10)
plt = vedo.Plotter()
plt.show(c, s, axes=1, interactive=False)
pa = plt.pick_area([400, 400], [800, 800])
plt.add(pa)
plt.interactive()

要先展示对象，然后创建和添加选择区。否则会出现预料外的结果。

4.9.3 添加比例尺

plt.add_scale_indicator()
添加一个比例尺。只在平行投影模式可用。

• pos=(0.7, 0.05)，在屏幕上的位置，以比例值表示；
• s=0.02，文本的尺寸；
• length=2，线的长度；
• lw=4，线宽；
• c="k1"，颜色；
• alpha=1，透明度；
• units=""，表示单位的字符串；
• gap=0.05，线和文本的间隔；

比例尺下面的数值会随着图像的缩放自动变化数值。

4.9.4 为对象添加弹出提示

plt.add_hint()
鼠标悬浮到某个对象上时，创建一个弹出消息。

add_hint(None)可以禁用所有弹出消息，add_hint(obj, False)可以禁用指定对象的弹出消息。

参数如下：

• obj，Mesh或Points的实例；
• text=""，消息内容；
• c="k"，消息文字颜色；
• bg="yellow9"，消息底色；
• font="Calco"，消息字体；
• size=18，消息字号；
• justify=0，对齐方式；
• angle=0，消息文字逆时针旋转的角度；
• delay=250，消息弹出延时多少毫秒；

c = vedo.Cube()
plt = vedo.Plotter(size=(900, 900))
plt.add_hint(c, "Another Cube hint.", c="r", angle=90, size=32)
plt.show(c)

4.9.4 悬浮时显示对象说明

plt.add_hover_legend()
鼠标移到到任意对象上时，显示该对象的说明文字。
参数如下：

• at=None，渲染器编号；
• c=None，文字颜色；默认从黑色或白色中自动选择。
• pos="bottom-left"，文字位置；
• font="Calco"，文字字体；
• s=0.75，文字缩放；
• bg="auto"，文本框的颜色；
• alpha=0.1，文本框的透明度；
• maxlength=24，每行允许的最大字符数；
• use_info=False，可视化obj.info的内容；

c = vedo.Cube(pos=(1, 0, 0))
s = vedo.Sphere(pos=(-1, 0, 0), res=10)
plt = vedo.Plotter()
plt.add_hover_legend(s=1.75)
plt.show(c, s)

4.9.5 添加addons模块的附件

addons模块包含了各种用于标示和操控的附件，Plotter的以下8个方法都是调用的addons模块的对应方法，具体参数也一样，后续看到这个模块时详述。
plt.add_slider()
添加一个vedo.addons.Slider2D对象。
plt.add_slider3d()
添加一个3D滑块控件。
plt.add_button()
在渲染窗口添加按钮。
plt.add_spline_tool()
为当前Plotter实例添加一个曲线工具。
曲线工具上的节点可以鼠标拖动，点击这条曲线可以添加一个额外的点。选中点后按del键可以移除该点。
plt.add_icon()
在渲染器上添加一个嵌入式图标的网格对象。
plt.add_global_axes()
在场景中绘制轴。
plt.add_legend_box()
在右上角添加图例。
plt.add_renderer_frame()
为渲染器子窗口添加边框。

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以上是Plotter类中进行坐标转换、场景导出和添加控件的方法。

更多关于数据可视化的内容参考：Python数据可视化笔记