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Qt绘制系统

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绘制系统

​ Qt 的绘图系统允许使用相同的 API 在屏幕和其它打印设备上进行绘制。整个绘图系统基于 QPainter，QPainterDevice 和 QPaintEngine 三个类。

  • QPainter: 来执行绘制操作
  • QPainterDevice: 是一个二维空间的抽象，这个二维空间允许QPainter 在其上面进行绘制，也就是 QPainter 工作的空间。
  • QPainterEngine: 提供了画笔（QPainter）在不同的设备上进行绘制的统一的接口。QPaintEngine 类应用于 QPainter和 QPaintDevice 之间，通常对开发人员是透明的。除非你需要自定义一个设备，否则你是不需要关心 QPaintEngine 这个类的。
#include "paintedwidget.h"

#include <QPainter>
#include <QPaintEvent>

PaintedWidget::PaintedWidget(QWidget *parent):QWidget(parent)
{
    setFixedSize(600, 400);
    setWindowTitle("Paint");
}

void PaintedWidget::paintEvent(QPaintEvent *) {
    QPainter painter(this);
    painter.drawLine(80, 100, 650, 500);
    painter.setPen(Qt::red);
    painter.drawRect(10, 10, 100, 400);
    painter.setPen(QPen(Qt::green, 5));
    painter.setBrush(Qt::blue);
    painter.drawEllipse(50, 150, 400, 200);
}

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​ QPainter 接收一个 QPaintDevice 指针作为参数。QPaintDevice 有很多子类，比如 QImage，以及 QWidget。注意回忆一下，QPaintDevice 可以理解成要在哪里去绘制，而现在我们希望画在这个组件，因此传入的是 this 指针。

#include "paintedwidget.h"

#include <stdio.h>
#include <QPainter>
#include <QPaintEvent>
#include <QMouseEvent>
#include <QWheelEvent>

PaintedWidget::PaintedWidget(QWidget *parent):QWidget(parent)
{
    // setFixedSize(600, 400);
    setWindowTitle("Paint");
}

void PaintedWidget::paintEvent(QPaintEvent *) {
    QPainter *painter = new QPainter(this);
    painter->drawEllipse(x-r/2, y-r/2, r, r);
    delete painter;
}

void PaintedWidget::wheelEvent(QWheelEvent *event) {
    QPoint degree = event->angleDelta();
    if (degree.y() > 0) {
        r++;
    } else {
        r--;
    }
    if (r <= 0) {
        r = 0;
    }
    x = event->position().x();
    y = event->position().y();
    this->update();
}

运行结果

画刷和画笔

  • 画刷： QBrush，通常用来进行填充
  • 画笔： QPush，通常用来绘制轮廓

QBrush 定义了 QPainter 的填充模式，具有样式、颜色、渐变以及纹理等属性。

画刷

style()

​ 画刷的style()定义了填充的样式，使用Qt::BrushStyle枚举，默认值是Qt::NoBrush，也就是不进行任何填充。我们可以从下面的图示中看到各种填充样式的区别：

画刷填充模式

color()

​ 画刷的 color()定义了填充模式的颜色。这个颜色可以是 Qt 预定义的颜色常量，也就是Qt::GlobalColor，也可以是任意 QColor 对象。

gradient()

​ 画刷的gradient()定义了渐变填充。这个属性只有在样式是Qt::LinearGradientPattern、Qt::RadialGradientPattern或者Qt::ConicalGradientPattern之一时才有效。渐变可以由QGradient对象表示。Qt 提供了三种渐变：QLinearGradient、QConicalGradient和QRadialGradient，它们都是QGradient的子类。我们可以使用如下代码片段来定义一个渐变的画刷：

QRadialGradient gradient(50, 50, 50, 50, 50);
gradient.setColorAt(0, QColor::fromRgbF(0, 1, 0, 1));
gradient.setColorAt(1, QColor::fromRgbF(0, 0, 0, 0)); 
QBrush brush(gradient);

​ 当画刷样式是 Qt::TexturePattern时，texture()定义了用于填充的纹理。注意，即使你没有设置样式为Qt::TexturePattern，当你调用setTexture()函数时，QBrush会自动将style()设置为Qt::TexturePattern。

画笔

​ 画笔具有样式、宽度、画刷、笔帽样式和连接样式等属性。

  • style():定义线的样式
  • capStyle():定义线的末端样式
  • joinStyle():定义两条线连接的方式
  • width()：定义画笔的宽度。假设你设置 width 为 0，QPainter依然会绘制出一条线，而这个线的宽度为 1 像素。也就是说，画笔宽度通常至少是 1 像素。

style()

下面是画笔样式的示例：

画笔样式 Pen Style

你也可以使用setDashPattern()函数自定义样式，例如如下代码片段：

 QPen pen; 
QVector<qreal> dashes; 
qreal space = 4;  
dashes << 1 << space << 3 << space << 9 << space << 27 << space << 9 << space;  
pen.setDashPattern(dashes);

capStyle()

笔帽定义了画笔末端的样式，例如：

笔帽样式 Cap Style

他们之间的区别是，Qt::SquareCap是一种包含了最后一个点的方形端点，使用半个线宽覆盖；Qt::FlatCap不包含最后一个点；Qt::RoundCap是包含最后一个点的圆形端点。具体可以参考下面的示例（出自《C++ GUI Programming with Qt 4, 2nd Edition》）：

笔帽样式细节

joinStyle()

连接样式定义了两条线连接时的样式，例如：

  • bevel:斜角, 斜角规, 倾斜, 斜面
  • miter:僧帽, 主教冠, 斜接, 斜榫

连接样式

同样，可以参考下面图示来理解这几种连接样式的细节（出自《C++ GUI Programming with Qt 4, 2nd Edition》）：

连接样式细节

​ 注意，我们前面说了，QPainter也是一个状态机，这里我们所说的这些属性都是处于这个状态机之中的，因此，我们应该记得是否要将其保存下来或者是重新构建。

反走样

​ 在光栅图形显示器上绘制非水平、非垂直的直线或多边形边界时，或多或少会呈现锯齿状外观。这是因为直线和多边形的边界是连续的，而光栅则是由离散的点组成。在光栅显示设备上表现直线、多边形等，必须在离散位置采样。由于采样不充分重建后造成的信息失真，就叫走样；用于减少或消除这种效果的技术，就称为反走样。

​ 反走样是图形学中的重要概念，用以防止通常所说的“锯齿”现象的出现。很多系统的绘图 API 里面都内置了有关反走样的算法，不过由于性能问题，默认一般是关闭的，Qt 也不例外。下面我们来看看代码：

#include "mainwindow.h"

#include <QPainter>
#include <QPaintEvent>

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
{
    setFixedSize(600, 400);
}

MainWindow::~MainWindow()
{
}

void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *) {
    QPainter painter(this);
    painter.setPen(QPen(Qt::black, 5, Qt::DashDotDotLine, Qt::RoundCap));
    painter.setBrush(Qt::yellow);
    painter.drawEllipse(50, 150, 200, 150);

     painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing, true);
     painter.drawEllipse(300, 150, 200, 150);

}

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painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing, true);打开反走样。

QPainter是一个状态机，因此，只要这里我们打开了它，之后所有的代码都会是反走样绘制的了。为了提高效率，一般的图形绘制系统，如 Java2D、OpenGL 之类都是默认不进行反走样的。

渐变

​ 渐变是绘图中很常见的一种功能，简单来说就是可以把几种颜色混合在一起，让它们能够自然地过渡，而不是一下子变成另一种颜色。渐变的算法比较复杂，写得不好的话效率会很低。

线性渐变 QLinearGradient

QLinearGradient 示例

辐射渐变 QTadialGradient

QRadialGradient 示例

角度渐变 QConicalGradient

QConicalGradient 示例

示例

void paintEvent(QPaintEvent *){   
    QPainter painter(this); 
    painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing, true);
    QLinearGradient linearGradient(60, 50, 200, 200);  
    linearGradient.setColorAt(0.2, Qt::white);  
    linearGradient.setColorAt(0.6, Qt::green);  
    linearGradient.setColorAt(1.0, Qt::black);  
    painter.setBrush(QBrush(linearGradient));   
    painter.drawEllipse(50, 50, 200, 150);
}

​ QLinearGradient也就是线性渐变，其构造函数有四个参数，分别是 x1，y1，x2，y2，即渐变的起始点和终止点。在这里，我们从 (60, 50) 点开始渐变，到 (200, 200) 点止。

void ColorWheel::paintEvent(QPaintEvent *){  
    QPainter painter(this);   
    painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);  
    const int r = 150;   
    QConicalGradient conicalGradient(0, 0, 0);     
    conicalGradient.setColorAt(0.0, Qt::red); 
    conicalGradient.setColorAt(60.0/360.0, Qt::yellow); 
    conicalGradient.setColorAt(120.0/360.0, Qt::green); 
    conicalGradient.setColorAt(180.0/360.0, Qt::cyan); 
    conicalGradient.setColorAt(240.0/360.0, Qt::blue);
    conicalGradient.setColorAt(300.0/360.0, Qt::magenta); 
    conicalGradient.setColorAt(1.0, Qt::red);     
    painter.translate(r, r);    
    QBrush brush(conicalGradient);  
    painter.setPen(Qt::NoPen);   
    painter.setBrush(brush);   
    painter.drawEllipse(QPoint(0, 0), r, r);
}

色轮示例

QConicalGradient::QConicalGradient ( qreal cx, qreal cy, qreal angle )

​ 前两个参数 cx 和 cy 组成角度渐变的中心点，第三个参数是渐变的起始角度。在我们的例子中，我们将渐变中心点设置为 (0, 0)，起始角度为 0。类似线性渐变，角度渐变的setColorAt()函数同样接受两个参数，第一个是角度比例，第二个是颜色。

坐标系统

​ 坐标系统，也就是QPaintDevice上面的坐标。默认坐标系统位于设备的左上角，也就是坐标原点 (0, 0)。x 轴方向向右；y 轴方向向下。在基于像素的设备上（比如显示器），坐标的默认单位是像素，在打印机上则是点（1/72 英寸）。

​ 将QPainter的逻辑坐标与QPaintDevice的物理坐标进行映射的工作，是由QPainter的变换矩阵（transformation matrix）、视口（viewport）和窗口（window）完成的。对图形的操作，底层的数学都是进行的矩阵变换、相乘等运算。

QPainter是一个状态机。那么，有时我想保存下当前的状态：当我临时绘制某些图像时，就可能想这么做。当然，我们有最原始的办法：将可能改变的状态，比如画笔颜色、粗细等，在临时绘制结束之后再全部恢复。对此，QPainter提供了内置的函数：save()和restore()。save()就是保存下当前状态；restore()则恢复上一次保存的结果。这两个函数必须成对出现：QPainter使用栈来保存数据，每一次save()，将当前状态压入栈顶，restore()则弹出栈顶进行恢复。

​ Qt 的坐标分为逻辑坐标和物理坐标。在我们绘制时，提供给QPainter的都是逻辑坐标。之前我们看到的坐标变换，也是针对逻辑坐标的。所谓物理坐标，就是绘制底层QPaintDevice的坐标。单单只有逻辑坐标，我们是不能在设备上进行绘制的。要想在设备上绘制，必须提供设备认识的物理坐标。Qt 使用 viewport-window 机制将我们提供的逻辑坐标转换成绘制设备使用的物理坐标，方法是，在逻辑坐标和物理坐标之间提供一层“窗口”坐标。视口是由任意矩形指定的物理坐标；窗口则是该矩形的逻辑坐标表示。默认情况下，物理坐标和逻辑坐标是一致的，都等于设备矩形。

​ 视口坐标（也就是物理坐标）和窗口坐标是一个简单的线性变换。比如一个 400×400 的窗口，我们添加如下代码：

void PaintDemo::paintEvent(QPaintEvent *){    
    QPainter painter(this); 
    painter.setWindow(0, 0, 200, 200); 
    painter.fillRect(0, 0, 200, 200, Qt::red);
}

​ 我们将窗口矩形设置为左上角坐标为 (0, 0)，长和宽都是 200px。此时，坐标原点不变，还是左上角，但是，对于原来的 (400, 400) 点，新的窗口坐标是 (200, 200)。我们可以理解成，逻辑坐标被“重新分配”。这有点类似于translate()，但是，translate()函数只是简单地将坐标原点重新设置，而setWindow()则是将整个坐标系进行了修改。这段代码的运行结果是将整个窗口进行了填充。

下面我们再来理解下视口的含义。还是以一段代码为例：

void PaintDemo::paintEvent(QPaintEvent *){ 
    QPainter painter(this);   
    painter.setViewport(0, 0, 200, 200); 
    painter.fillRect(0, 0, 200, 200, Qt::red);
}

​ 这段代码和前面一样，只是把setWindow()换成了setViewport()。前面我们说过，window 代表窗口坐标，viewport 代表物理坐标。也就是说，我们将物理坐标区域定义为左上角位于 (0, 0)，长高都是 200px 的矩形。然后还是绘制和上面一样的矩形。如果你认为运行结果是 1/4 窗口被填充，那就错了。实际是只有 1/16 的窗口被填充。这是由于，我们修改了物理坐标，但是没有修改相应的窗口坐标。默认的逻辑坐标范围是左上角坐标为 (0, 0)，长宽都是 400px 的矩形。当我们将物理坐标修改为左上角位于 (0, 0)，长高都是 200px 的矩形时，窗口坐标范围不变，也就是说，我们将物理宽 200px 映射成窗口宽 400px，物理高 200px 映射成窗口高 400px，所以，原始点 (200, 200) 的坐标变成了 ((0 + 200 200 / 400), (0 + 200 200 / 400)) = (100, 100)。

绘制设备

​ 绘图设备是继承QPainterDevice的类。QPaintDevice就是能够进行绘制的类，也就是说，QPainter可以在任何QPaintDevice的子类上进行绘制。现在，Qt 提供了若干这样的类：

绘制设备（Qt5）

Qt5 中，QGLPixelBuffer已经被废弃。

​ QGLWidget和QGLFramebufferObject，顾名思义，就是关于 OpenGL 的相关类。在 Qt 中，我们可以方便地结合 OpenGL 进行绘制。

QPixmap

​ QPixmap专门为图像在屏幕上的显示做了优化；QBitmap是QPixmap的一个子类，它的色深限定为1，你可以使用QPixmap的isQBitmap()函数来确定这个QPixmap是不是一个QBitmap。

​ QPixmap也可以接受一个字符串作为一个文件的路径来显示这个文件，比如你想在程序之中打开 png、jpeg 之类的文件，就可以使用QPixmap。使用QPainter::drawPixmap()函数可以把这个文件绘制到一个QLabel、QPushButton或者其他的设备上面。

​ QPixmap提供了静态的grabWidget()和grabWindow()函数，用于将自身图像绘制到目标上。同时，在使用QPixmap时，你可以直接使用传值的形式，不需要传指针，因为QPixmap提供了“隐式数据共享”。

void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *) {
     QPainter painter(this);
     QPixmap pixmap(":/images/qt.png");
     QBitmap bitmap(":/images/qt.png");
     painter.drawPixmap(10, 10, 250, 125, pixmap);
     painter.drawPixmap(270, 10, 250, 125, bitmap);
}

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QImage

​ QPixmap使用底层平台的绘制系统进行绘制，无法提供像素级别的操作，而QImage则是使用独立于硬件的绘制系统，实际上是自己绘制自己，因此提供了像素级别的操作，并且能够在不同系统之上提供一个一致的显示形式。

QPicture

​ QPicture是平台无关的，因此它可以使用在多种设备之上，比如 svg、pdf、ps、打印机或者屏幕。

Picture picture;
QPainter painter;
painter.begin(&picture);             // 在 picture 进行绘制
painter.drawEllipse(10, 20, 80, 70); // 绘制一个椭圆
painter.end();                       // 绘制完成
picture.save("drawing.pic");         // 保存 picture

如果我们要重现命令，首先要使用 QPicture::load() 函数进行装载：

QPicture picture;
picture.load("drawing.pic");        // 加载 
pictureQPainter painter;
painter.begin(&myImage);            // 在 myImage 上开始绘制
painter.drawPicture(0, 0, picture); // 在 (0, 0) 点开始绘制
picturepainter.end();               // 绘制完成
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