HOOPS3D可视化入门教程三大体概念和数据结构.docx
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HOOPS3D可视化入门教程三大体概念和数据结构
HOOPS3D可视化入门教程三：
大体概念和数据结构
上篇文章介绍了HOOPS的要紧模块，这篇文章将要向大伙儿介绍HOOPS的数据结构和穿插其中的一些大体概念。
这些内容要紧包括在3dGS模块内。
一、保留模式
HOOPS采纳保留画图模式（retained mode）。
所谓保留模式是相关于传统的非保留模式而言的。
做过OpenGL编程的人都知道，OpenGL的绘制都是通过挪用一系列画图命令来实现的，一般是在一个叫updateGL的函数里。
除非你自己把相关画图信息保留起来，不然出了那个函数OpenGL就不认帐了，也确实是说你无法从OpenGL里面再获取你曾经绘制的一些图元信息。
而保留模式那么不如此，它把绘制过的命令和图形会保留起来，放在特定的数据结构中，从而使得咱们能够事后随时读取这些数据。
相较于非保留模式，保留模式能够提供更高的效率（因为数据都在内部，下次绘制时不需要再读取），更快的交互（通过特定的基于数据结构的算法，能够加速选取、高亮等等交互操作），还有更方便的编程接口。
固然凡事都有两面性，保留模式也有它的缺点，其中之一确实是它增加了程序的内存消耗（用于存储那个数据结构）。
但咱们以为如此的代价是完全值得的。
二、基于段的数据结构
HOOPS的数据结构简单讲是基于段（segment）的树状结构。
最上层是根段，为“/”。
该数据结构和Linux文件系统有着一曲同工之妙，有Linux利用体会的同窗将会很容易明白得。
Linux的根目录的符号也是“/”，所有文件系统中的文件或文件夹的途径都以该符号开头。
文件夹出名字，段也出名字。
犹如文件夹内能够有文件和子文件夹，segment下能够有sub segment。
如此的层次结构能够专门好地构建咱们想要的图形。
打开一个段的HOOPS函数是HC_Open_Segment，它有一个参数，确实是那个段的名字。
咱们能够传一个空字符串给它，从而创建一个匿名段。
若是已经存在那个名字的段，那么该函数会打开那个段，不然就自动创建一个新段。
打开后，咱们就能够够在该段内做任何咱们想要做的操作。
操作终止，记得用HC_Close_Segment来关闭那个段。
HOOPS采纳和OpenGL一样的上下文机制，那确实是“状态机（State Machine）”。
所谓状态机，形象地讲确实是一旦改变了状态，那么接下去不论程序运行到哪里，该状态将一直保留，直到下次改变状态。
在HOOPS中，打开一个段事实上就意味着进入了一个状态机，直到你关闭那个段，你所有的操作都将在如此一个上下文中进行。
具体来讲确实是，打开一个段，然后你能够跳转到任意的程序位置完成具体的绘制任务，然后关闭段，这一系列操作没有必要在一个函数中完成。
这无疑大大增加了咱们编程的灵活性。
举个例子，咱们想要绘制一所屋子，屋子有房顶、窗户还有门，咱们能够用如下代码：
HC_Open_Segment （“/”）;
HC_Open_Segment （“house”）;
HC_Open_Segment （“roof”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Open_Segment （“door”）;
HC_Open_Segment （“windows”）;
HC_Open_Segment （“window1”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Open_Segment （“window2”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Open_Segment （“window3”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Close_Segment （）;
事实上咱们创建了如下的树状结构：
创建了段以后，咱们需要有相应的方式能够找到那个段，这时就会用到段的途径。
和Linux上的文件途径类似，段的途径也分为两种：
相对途径和绝对路径。
咱们打开一个段，进入该段的状态机，若是要打开它下面的子段，就能够够用相对途径。
HOOPS会自动地在该段下面找给出的段名，若是找不到，那么会报错。
绝对途径那么是从根段名“/”开始，慢慢地把段名添加上去，直到咱们想要找的段为止，完整的途径确实是绝对途径。
例如咱们要找第三扇窗户，相关于house的相对途径是：
”windows/window3”，而绝对途径是：
”/house/windows/window3。
咱们能够用“.”和“..”来别离指代当前目录和父目录，这又跟Linux上的途径利用适应是一致的。
这种简称只能用于相对途径中。
为了能够更方便地提供段的途径，HOOPS中还有一套特有的符号，叫做“wildcards”，能够同时指代多个不同的途径，有以下几种：
1. 逗号wildcard。
那个是最简单的一种。
有时候咱们需要同时对多个可列举的段进行统一处置，例如咱们想用同一种颜色来装饰roof和door（尽管这种做法很少见……），咱们就能够够用如此的一个途径来同时指代这两个段：
/house/（door,roof）。
2. 通配符。
能够用“*”来匹配0个或多个字符，“%”来匹配单个字符，那个跟咱们用Windows系统搜索功能是一样的，也和正那么表达式相一致。
3. 递归wildcards。
其实上面两个并非是HOOPS所特有的，在其他也有见到。
可是HOOPS还有一个它特有的符号，那确实是“…”，该符号能够指代一个段名或一串途径上的段名。
例如咱们能够用/house/…/window1来指代第一扇窗户，而不用去管当中到底隔了多少个段。
该种方式超级长适合于咱们不清楚house到window1之间到底存在着如何的父子结构。
尽管方面，可是若是咱们确切地明白window1的完整途径，那就不要这么写了，因为HOOPS是通过自顶向下的方式搜索取得window1，因此需要消耗必然的计算量。
另外，该符号还能够递归地表示一个段的所有子段和子段的子段。
若是咱们要对一个段内的所有子段进行某项修改，那么那个wildcards真是再适合只是了。
三、几何信息（Geometry）
segment像文件夹一样，它本身并无实质的东西，而只是一个容器。
真正绘制出车的形状，还需要具体的几何信息。
因此，段内部除能够存储子段外，还能够存储Geometry。
HOOPS中的Geometry丰硕多样，囊括了点、边、面、壳（shell）、网络（mesh）等等大体上大伙儿能够想到的图元。
这些大体几何通过彼此组合，能够组成加倍复杂的图像信息，这是一个自底向上的组建进程。
例如咱们能够通过下面的方式插入一个点和一条直线：
HC_Open_Segment （“myseg”）;
HC_Insert_Marker （0, 1, 1）;
HC_Insert_Line （-1, -1, -1, 2, 2, 2）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Insert_Marker需要传入三个浮点参数，也确实是一个点的三维坐标。
HC_Insert_Line需要传入六个参数，为一个线段的起始点和终止点的三维坐标。
咱们能够用下面的代码插入一个多边形的面：
HC_POINT pts[4] =
{HC_POINT（0, 0, 0）, HC_POINT（1, 0, 0）, HC_POINT（1, 1, 0）, HC_POINT（0, 1, 0）};
HC_Open_Segment （“mypolygon”）;
HC_Insert_Polygon （4, pts）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Insert_Polygon需要传入两个参数，别离是多边形极点个数和寄存极点三维坐标的数组。
该函数代表了HOOPS中一类参数，确实是对一群点进行操作。
需要注意的是，这种函数在内部会对传入的三维坐标数组进行拷贝，因此若是你传入的坐标数组是动态申请出来的，在挪用完该类函数以后，必须手动地将其释放掉。
除大体的点、线、多边形等，HOOPS还提供了两个相对高级的图元，别离是Shell和Mesh。
在进行大型场景构建时，这两个图元是超级经常使用的，例如咱们用三角网格构建一个人的模型，那么那个三角模型确实是一个shell。
shell有三个层次的图元组成，别离是node（点）、edge（边）和face（面），这三部份彼此连接形成一个整体。
mesh和shell超级类似，一样由点边面三部份组成，唯一的区别是mesh它不能形成一个封锁的类似于人如此的模型，它只能是一张面，而且只能是一张四边形面，例如一张四边形纸。
如此的区别使得在处置特定的模型时，若是mesh能够知足应用需要，那么mesh将会比shell表现得高效得多。
下面举例创建一个立方体，并在它的一个面上接一个金字塔体：
HC_POINT pts[] = {
HC_POINT （0, 0, 1）, HC_POINT （1, 0, 1）,
HC_POINT （1, 1, 1）, HC_POINT （0, 1, 1）,
HC_POINT （0, 0, 2）, HC_POINT （1, 0, 2）,
HC_POINT （1, 1, 2）, HC_POINT （0, 1, 2）,
HC_POINT （0.5, 0.5, 2.5）
};
int flist[] = {
4, 0, 3, 2, 1,
4, 0, 1, 5, 4,
4, 1, 2, 6, 5,
4, 2, 3, 7, 6,
4, 3, 0, 4, 7,
3, 4, 5, 8,
3, 5, 6, 8,
3, 6, 7, 8,
3, 7, 4, 8
};
HC_Open_Segment （"mymodel"）;
HC_Insert_Shell （9, pts, 41, flist）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Insert_Shell需要四个参数，别离是shell的极点个数，极点数组，面列表数组的长度，面列表数组指针。
极点个数和数组专门好理解，确实是具体的各个极点的三维坐标。
面列表是如此的格式：
面极点个数n, 第一个极点序号,第二个极点序号,…,第n个极点序号。
例如flist第一行，4表示该面由四个极点组成，也确实是一个四边形。
然后，0,3,2,1表示由pts那个数组中的第0、3、二、1号点组成那个面。
需要注意的是HC_Insert_Shell的第三个参数实质flist那个数组本身的长度，而不是将要构建的shell上面的个数。
例如那个例子中面的个数为9，但flist的长度为41。
成效如以下图所示：
四、段的属性
上文中，咱们在HOOPS中创建了一个屋子，假设咱们此刻已经用几何图元将屋子给绘制出来了，可是光有结构还不行，至少咱们还需要给它上色，或许我们还会通过贴上不同的纹理来表示不同的材料。
HOOPS的段结构中除能够寄存Geometry，还能够寄存属性Attribute。
咱们经常使用的属性包括：
可见性（Visibility），颜色（Color），可选择性（Selectability），点、边、字体的大小，光照（light），渲染属性（rendition）等等。
乃至能够添加咱们自概念的属性（User defined attribution）。
能够说，HOOPS的属性功能是超级全面而壮大的。
和插入几何一样，要修改一个segment的属性，咱们需要进入该segment的状态机，亦即要第一打开那个段。
下面以house模型为例：
HC_Open_Segment （“house”）;
HC_Open_Segment （“roof”）;
//add roof geometry here...
HC_Set_Color （“geometry=red”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Open_Segment （“door”）;
//add door geometry here...
HC_Set_Color （“geometry=grey”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Close_Segment （）;
如此，咱们将屋顶和门别离设置成了红色和灰色。
又比如适才咱们自创的那个集合模型，这回，咱们要让它再也不空白一片了，咱们给它点颜色看看（J）：
HC_Open_Segment （"mymodel"）;
HC_Set_Color （"faces=grey,edges=green"）;
HC_Set_Visibility （"edges=on"）;
HC_Insert_Shell （9, pts, 41, flist）;
HC_Close_Segment （）;
咱们设置了mymodel那个段的两个属性，颜色和可见性。
在设置颜色中，咱们设置面为灰色，而设置边为绿色；在设置可见性上，咱们设置边为可见。
什么缘故不设置面为可见呢？
因为在HOOPS中，有些是默许可见的，而有些是默许不可兼得；而shell的面是默许可见的，edges那么恰好是默许不可见的。
下面是新的成效图，怎么样，和之前不一样了吧？
记住那个模型，往后的教程中咱们还会多次用到，比如给它贴上漂亮的纹理、光照等等，还有动画。
上面在设置颜色时，咱们用一个字符串命令同时设置了面和边的颜色。
这种格式化的字符串在HOOPS中被大量应用，几乎同意字符串作为参数的HOOPS函数中都有如此的格式化命令。
faces和edges关于HC_Set_Color函数来讲，是能够设置颜色的对象，而等号后面是具体的值，中间用逗号分隔。
若是没有显式地说明设置对象，那么确实是everything，也确实是所有对象。
该格式化字符串有很多相关利用技术，具体能够参看HOOPS的帮忙文档，下面仅举几个例子来讲明格式化字符串的大体用法：
1. “red,faces=green”，设置所有几何图元为红色，只有面为绿色；
2. “markers=edges=black”，点和边为黑色；
3. “!
edges=（r=0.5 g=0.5 b=0.5）”，非边的图元颜色都设置为灰色。
至于设置对象是复数仍是单数是无所谓的，即edges和edge的作用成效完全一样。
五、属性的继承
属性（Attribute）是能够被继承的，就像面向对象的编程语言里面类的继承一样。
关于绝大多数属性来讲，继承的方向是子段从父段中继承属性。
这种特性有时候对咱们来讲能够提供极大的方便。
回忆咱们之前创建的house，它有三扇窗户，一样来讲，一座屋子的窗户颜色都是一样的，若是没有属性的继承，那么咱们可能就需要针对每一个窗户段设置它的颜色属性。
关于咱们这座小屋子来讲，这还能够同意，可是某天你发达了，让你构建一桩拥有成千上万扇窗户的摩天大楼，那恐怕确实是场灾难了。
有了属性的继承，世界仍是美好的。
咱们能够在windows那个段设置颜色，那么所有该段下面的子段都自动继承了该颜色属性，再不用咱们单独去设置了。
但是，问题也随之显现。
整幢大楼里毕竟有些窗户所在的房间住着不寻常的人，而这些窗户咱们希望显示出不一样的颜色，以彰显这些人的显赫身份。
那如何幸免这些窗户继承父段的颜色呢？
咱们能够单独设置这些窗户的颜色，HOOPS在绘制这些窗时，会优先利用单独设置在这些段上的颜色；若是没有单独设置（如同绝大多数窗户），那么HOOPS才会自动地去读取父段的该属性，直到最上层的根节点“/”。
若是根节点也没有设置该属性，HOOPS就会报错。
关于绝大多数的属性来讲，HOOPS正是遵循这种“追根溯源”的方式来确信一个属性的值的。
尽管这种直接覆盖的属性占大多数，可是有些属性不是直接覆盖取得的，例如旋转矩阵。
要计算一个图元最终活着界坐标上的位置，咱们需要从根节点开始，慢慢地累加旋转矩阵，一直到该段，如此计算所得的旋转矩阵才是最后真正的旋转矩阵。
尽管咱们能够操纵一个特定的段的属性，可是有时候咱们仍是想要强制整个段表现为同一种属性，而不管底下各个子段是不是单独设置了该属性。
有些属性就提供了如此的功能，其中之一确实是颜色属性。
当咱们用鼠标选中了某一个segment以后，咱们希望整个段都显示一种高亮色，而不管该段内部子段的单独颜色。
这时，咱们需要用到颜色的属性锁。
能够通过挪用下面的代码来对颜色加锁：
HC_Open_Segment（“myseg”）;
HC_Set_Color（"red"）;
HC_Set_Rendering_Options（"attribute lock = color"）;
HC_Close_Segment（）;
如此，myseg那个段的颜色就被锁定为红色。
若是后续操作中咱们再也不需要对颜色进行锁定，那么能够利用HC_UnSet_Rendering_Option （“attribute lock”）。
六、特殊的段——包括段和样式段
上面介绍的段都是HOOPS中的一般类型的段。
另外，HOOPS还有包括段（included segment）和样式段（style segment）。
这些段的功能事实上都能够用一般段来实现，可是正因为引入了这些特殊类型的段，咱们能够将HOOPS的数据结构设计得更为精致和高效，咱们的程序结构性也更好。
再回忆咱们之前给的house模型。
咱们在屋子上添加了三扇窗户。
一样来讲，一幢屋子上的窗户长得都是差不多的，因此咱们想到是不是能够只设计窗户一次，而三次重复利用呢？
能够的，HOOPS里面利用的确实是包括段（included segment）。
包括段事实上确实是一次概念，多次重复利用，它提高了代码的利用率，也提高了内存利用率。
事实上包括段和C/C++语言中的头文件是很像的，咱们编写一次头文件，然后在需要用到的地址通过#include就能够够将其包括进来，而不需要另外再写。
包括机制除提高效率之外，还能够方便后续的保护，例如当咱们想要更新窗户的样式时，只需要在概念处修改一次，由于三处窗户都是包括该窗户的，因此这三处就自动加载了新的样式。
咱们再也不需要一个个地别离去修改，既提高了效率，又减少了犯错的可能。
包括段一般是针对含有几何信息的段（固然，由于包括段本质上仍是一般的段，因此它能够包括属性），而样式段那么仅包括属性。
有些时候，咱们需要重用的可能仅仅是一套样式，例如颜色、大小、光照等，关于具体的几何图元咱们却爱好不大，那个时候就能够够用到HOOPS的样式段。
下面的代码演示了如何利用Style segment：
HC_Open_Segment （“mystyle”）;
HC_Set_Color （“edges=red,faces=（diffuse=（r=0.5 g=0.2 b=0.3））”）;
HC_Close_Segment （）;
HC_Open_Segment （“myseg1”）;
HC_Style_Segment （“mystyle”）;
//Insert my geometry...
HC_Close_Segment （）;
HC_Open_Segment （“myseg2”）;
HC_Style_Segment （“mystyle”）;
//Insert my another geometry...
HC_Close_Segment （）;
这段创建了一个样式段，两个一般段，这两个一般段插入了不同的几何图元，可是利用了一样的样式段，因此它们显示出来后都是红色的边，紫色的面。
七、键值
键值（一般是HC_KEY类型）是HOOPS中一个超级重要的概念。
HC_KEY本质上是一个32位带符号的整型。
前文中咱们说，能够通过段的名字和途径（相对途径或绝对途径）来索引一个段，于此同时咱们也能够用键值来索引段。
HC_Open_Segment会返回一个long型的整数，确实是打开的那个段的键值。
注意，新版本的HOOPS取消了在API谓词前的K变形，而因此之前这些K变形函数都返回键值了。
19版本之前的HOOPS，HC_Open_Segment返回是void类型的，而要返回段的键值，那么必需显示地挪用HC_KOpen_Segment。
在新版本中这样的函数已经去掉了，HC_Open_Segment直接返回键值。
除段能够有键值，几何图元也能够有键值。
HC_Insert_Line、HC_Insert_Polygon等插入图元的函数都会返回一个键值，该键值唯一的指代新插入的几何图元。
HOOPS中大部份的API函数都有By_Key结尾的变形，这一类的变形函数实现和它们原型函数一样的功能，唯一的区别是它们的入口参数是要操作的段的键值，而不是字符形式的名字了。
既然此刻咱们有两种方式来找到一个段，那么咱们就需要详细地比较一下这两种方式各自的好坏。
1. 存储键值只需要一个32位整数，存储段名那么需要一个字符数组，而且长度不定；
2. 用键值来找到一个段速度要比用字符途径快；
3. 段名比较直观，便于调试的时候肉眼判定正误，键值那么比较抽象，一眼看上去不太容易分辨对错；
4. 段名还有途径支持之前提到的wildcards，因此能够同时指代多个不同的段，可是键值是唯一的，它只能指代一个段或几何图元；
5. 关于几何图元来讲，咱们只能够用键值去找到它们，因为它们是没有字符形式的名字的；
6. 关于匿名段来讲，由于咱们没有赋给它任何段名（应该说是空的段名），因此也就无法用段名来索引它，而只能用键值。
以上只是我目前发觉并整理的不同的地方，如后续有新发觉，那么会继续补充。
一样来讲，系统返回的键值是负数。
咱们能够通过HC_Renumber_Key来修改系统给咱们的键值。
若是咱们调试的时候发觉一个键值为0或正数，那么要么是咱们修改了，要么是程序在哪个地址犯错了。
那个概念虽小，可是在实际操作中却是超级有效的。
另外，为了确保某些HOOPS API操作成功，咱们能够在操作终止后将取得的键值跟INVALID_KEY进行比较。
INVALID_KEY是HOOPS预概念的一个值，它表示若是API执行失败返回的错误键值。
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