osgUtil::PolytopeIntersector源码解析

相关知识

OSG交运算、选取和碰撞
计算几何中基础几何
解析参考原文

osgUtil/IntersectionVisitor.cpp

void IntersectionVisitor::apply(osg::Geode& geode)

  • geode是叶子节点，求交运算中最后一定会访问该函数
void IntersectionVisitor::apply(osg::Geode& geode)
{
    // osg::notify(osg::NOTICE)<<"apply(Geode&)"<<std::endl;
	// 
    if (!enter(geode)) return;

    // osg::notify(osg::NOTICE)<<"inside apply(Geode&)"<<std::endl;

    for(unsigned int i=0; i<geode.getNumDrawables(); ++i)
    {
        intersect( geode.getDrawable(i) );
    }

    leave();
}
  • enter是调用求交访问器中设置的求交器的enter方法
// IntersectionVisitor
typedef std::list< osg::ref_ptr<Intersector> > IntersectorStack;
IntersectorStack _intersectorStack;

inline bool enter(const osg::Node& node) { return _intersectorStack.empty() ? false : _intersectorStack.back()->enter(node); }
  • 须知class OSGUTIL_EXPORT PolytopeIntersector : public Intersector
bool PolytopeIntersector::enter(const osg::Node& node)
{
    if (reachedLimit()) return false;// 由下可知当LIMIT_ONE 或 已经有交集了就false
    // 只有在启用cull或者当前node被求交器的几何体contains才进行求交判断，即true
    return !node.isCullingActive() || _polytope.contains( node.getBound() );
}

inline bool Intersector::reachedLimit() { return _intersectionLimit == LIMIT_ONE && containsIntersections(); }

virtual bool PolytopeIntersector::containsIntersections() { return !getIntersections().empty(); }
  • 之后便用intersect，对geode节点下的所有可绘制图元进行求交测试
  • 是调用求交访问器中设置的求交器的intersect方法
inline void intersect(osg::Drawable* drawable) { _intersectorStack.back()->intersect(*this, drawable); }

void PolytopeIntersector::intersect(osgUtil::IntersectionVisitor& iv, osg::Drawable* drawable)
{
    if (reachedLimit()) return;

    if ( !_polytope.contains( drawable->getBoundingBox() ) ) return;

    osg::ref_ptr<PolytopeIntersectorUtils::Settings> settings = new PolytopeIntersectorUtils::Settings;
    settings->_polytopeIntersector = this;
    settings->_iv = &iv;
    settings->_drawable = drawable;
    settings->_limitOneIntersection = (_intersectionLimit == LIMIT_ONE_PER_DRAWABLE || _intersectionLimit == LIMIT_ONE);
    settings->_primitiveMask = _primitiveMask;

    osg::KdTree* kdTree = iv.getUseKdTreeWhenAvailable() ? dynamic_cast<osg::KdTree*>(drawable->getShape()) : 0;

// 重点看以下，PolytopePrimitiveIntersector 构造了一个func 后(并设置多面体,和参考平面) 
//然后再设置到drawable中，类似vistor的操作
    if (getPrecisionHint()==USE_DOUBLE_CALCULATIONS)
    {
        osg::TemplatePrimitiveFunctor<PolytopeIntersectorUtils::IntersectFunctor<osg::Vec3d> > intersector;
        intersector._settings = settings;

        if (kdTree) kdTree->intersect(intersector, kdTree->getNode(0));
        else drawable->accept(intersector);
    }
    else
    {
        osg::TemplatePrimitiveFunctor<PolytopeIntersectorUtils::IntersectFunctor<osg::Vec3f> > intersector;
        intersector._settings = settings;

        if (kdTree) kdTree->intersect(intersector, kdTree->getNode(0));
        else drawable->accept(intersector);
    }
}
  • 在osg中drawable里头已经是最后的顶点等所有数据存放的地方.drawable其实只是个抽象类，可以简单的通过它的一个特例:Geometry 来讲述这一段内容：
  • 实际上就是将顶点数据取出来，然后functor.setVertexArray，以便之后的functor操作。
void Geometry::accept(PrimitiveFunctor& functor) const
{
    if (!_vertexData.array.valid() || _vertexData.array->getNumElements()==0) return;

    if (!_vertexData.indices.valid())
    {
        switch(_vertexData.array->getType())
        {
           /**　部分省略……*/
        case(Array::Vec3ArrayType): 
            functor.setVertexArray(_vertexData.array->getNumElements(),static_cast<const Vec3*>(_vertexData.array->getDataPointer()));
         /**　部分省略……*/
        }
        for(PrimitiveSetList::const_iterator itr=_primitives.begin();
            itr!=_primitives.end();
            ++itr)
        {
            (*itr)->accept(functor);
        }
     }
    /** 后面对于存在索引数组的暂时省略……*/
}
  • 其后最主要的还是在于对于drawable里的每个primitiveset 进行接受fuctor访问操作 (*itr)->accept(functor)。
  • 我们知道.primitiveset里头拥有的数据是顶点最后绘制的规则，而我们所要求交集的目的在于获得跟这些基础图元的交集。
  • PrimitiveSet又是一个虚类.因此,我们选一个实体类：DrawArray来深究
void DrawArrays::accept(PrimitiveFunctor& functor) const
{
    functor.drawArrays(_mode,_first,_count);
}

所以最终的结果 都将回到fuctor里头进行交集运算的处理…_mode _first _count 将拥有的规则送往functor，然后又回到functor里面的操作，而functor就是在void PolytopeIntersector::intersect中设置的IntersectFunctor（详见PolytopeIntersector.cpp）。
但是首先我们需要先了解上面的drawArrays函数，该函数定义在osg::TemplatePrimitiveFunctor中：

virtual void drawArrays(GLenum mode,GLint first,GLsizei count)
        {
            if (_vertexArrayPtr==0 || count==0) return;

            switch(mode)
                {
                case(GL_TRIANGLES): {
                    const Vec3* vlast = &_vertexArrayPtr[first+count];
                    for(const Vec3* vptr=&_vertexArrayPtr[first];vptr<vlast;vptr+=3)
                        this->operator()(*(vptr),*(vptr+1),*(vptr+2),_treatVertexDataAsTemporary);
                    break;
                }
       /** *//** 后面的其他省略…… */
}

可见实际上drawArrays就是在调用IntersectFunctor的各种operator，支持很多种类型,.参数的不同,包括一个点(points)(两个点)lines,三个点(Triangles),四个点(quads)。
我们可以从最基础的三角形的处理上进行深究：

// handle triangles
    void operator()(const osg::Vec3& v0, const osg::Vec3& v1, const osg::Vec3& v2, bool /*treatVertexDataAsTemporary*/)
    {
        if (_settings->_limitOneIntersection && _hit) return;

        if ((_settings->_primitiveMask&PolytopeIntersector::TRIANGLE_PRIMITIVES)==0)
        {
          ++_primitiveIndex;
          return;
        }

        src.clear();
        src.push_back(v0);
        src.push_back(v1);
        src.push_back(v2);
        src.push_back(v0);

        if (contains())
        {
            addIntersection();
        }
        ++_primitiveIndex;
    }

bool contains()
    {
        const osg::Polytope& polytope = _settings->_polytopeIntersector->getPolytope();
        const osg::Polytope::PlaneList& planeList = polytope.getPlaneList();

        osg::Polytope::ClippingMask resultMask = polytope.getCurrentMask();
        if (!resultMask) return true;

        osg::Polytope::ClippingMask selector_mask = 0x1;

        for(osg::Polytope::PlaneList::const_iterator pitr = planeList.begin();
            pitr != planeList.end();
            ++pitr)
        {
            if (resultMask&selector_mask)
            {
                //OSG_NOTICE<<"Polytope::contains() Plane testing"<<std::endl;

                dest.clear();

                const osg::Plane& plane = *pitr;
                typename Vertices::iterator vitr = src.begin();

                vec_type* v_previous = &(*(vitr++));
                value_type d_previous = plane.distance(*v_previous);

                for(; vitr != src.end(); ++vitr)
                {
                    vec_type* v_current = &(*vitr);
                    value_type d_current = plane.distance(*v_current);

					// 代表点在几何体的里面，请回想多面体各个平面的正面必须都是属于这个区域内的，
					//即平面的法线应当是指向该空间区域内部
					//就是这个原因！
                    if (d_previous>=0.0)
                    {
                        dest.push_back(*v_previous);
                    }

					// 一个在外一个在内
                    if (d_previous*d_current<0.0)
                    {
                        // edge crosses plane so insert the vertex between them.
                        value_type distance = d_previous-d_current;
                        value_type r_current = d_previous/distance;
                        vec_type v_new = (*v_previous)*(1.0-r_current) + (*v_current)*r_current;
                        dest.push_back(v_new);
                    }

                    d_previous = d_current;
                    v_previous = v_current;

                }

                if (d_previous>=0.0)
                {
                    dest.push_back(*v_previous);
                }

                if (dest.size()<=1)
                {
                    // OSG_NOTICE<<"Polytope::contains() All points on triangle culled, dest.size()="<<dest.size()<<std::endl;
                    return false;
                }

                dest.swap(src);
            }
            else
            {
                // OSG_NOTICE<<"Polytope::contains() Plane disabled"<<std::endl;
            }

            selector_mask <<= 1;
        }

        //OSG_NOTICE<<"Polytope::contains() triangle within Polytope, src.size()="<<src.size()<<std::endl;

        return true;
    }
  • 在void PolytopeIntersector::intersect中，含有 settings->_polytopeIntersector = this;，所以实际上是将intersection，即求交结果设置到使用的多面体求交器中，即每一个drawable里的每个primitiveset都会进行求交，都有可能获得intersection。
  • primitiveset就是opengl中GL_LINES,GL_TRIANGLES等绘制规则。
void addIntersection()
    {

        vec_type center(0.0,0.0,0.0);
        double maxDistance = -DBL_MAX;
        const osg::Plane& referencePlane = _settings->_polytopeIntersector->getReferencePlane();
        for(typename Vertices::iterator itr = src.begin();
            itr != src.end();
            ++itr)
        {
            center += *itr;
            double d = referencePlane.distance(*itr);
            if (d>maxDistance) maxDistance = d;

        }

        center /= value_type(src.size());

        PolytopeIntersector::Intersection intersection;
        intersection.primitiveIndex = _primitiveIndex;
        intersection.distance = referencePlane.distance(center);
        intersection.maxDistance = maxDistance;
        intersection.nodePath = _settings->_iv->getNodePath();
        intersection.drawable = _settings->_drawable;
        intersection.matrix = _settings->_iv->getModelMatrix();
        intersection.localIntersectionPoint = center;

        if (src.size()<PolytopeIntersector::Intersection::MaxNumIntesectionPoints) intersection.numIntersectionPoints = src.size();
        else intersection.numIntersectionPoints = PolytopeIntersector::Intersection::MaxNumIntesectionPoints;

        for(unsigned int i=0; i<intersection.numIntersectionPoints; ++i)
        {
            intersection.intersectionPoints[i] = src[i];
        }

        // OSG_NOTICE<<"intersection "<<src.size()<<" center="<<center<<std::endl;
		// 
        _settings->_polytopeIntersector->insertIntersection(intersection);
        _hit = true;

        // OSG_NOTICE<<"addIntersection() center="<<center<<std::endl;
    }

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