Qt__绘制系统

Qt绘制系统简介##

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用来执行绘制的操作；
• QPaintDevice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；
• QPaintEngine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。

我们可以把QPainter理解成画笔；把QPaintDevice理解成使用画笔的地方，比如纸张、屏幕等；而对于纸张、屏幕而言，肯定要使用不同的画笔绘制，为了统一使用一种画笔，我们设计了QPaintEngine类，这个类让不同的纸张、屏幕都能使用一种画笔。

程序###

main.cpp

#include <QApplication>
#include "paint.h"

int main(int argc, char **argv) {
    QApplication a(argc, argv);
    PaintedWidget mywindow;
    mywindow.show();
    return a.exec();
}

paint.h

#include <QWidget>
#include <QPainter>

class PaintedWidget : public QWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    PaintedWidget(QWidget *parent = 0);
protected:
    void paintEvent(QPaintEvent *);
};

paint.cpp

#include "paint.h"
PaintedWidget::PaintedWidget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent)
{
    resize(400, 400);
    setWindowTitle(tr("Paint Demo"));
}

void PaintedWidget::paintEvent(QPaintEvent *)
{
    QPainter painter(this);
    QPen pen(Qt::green, 3, Qt::DashDotLine, Qt::RoundCap, Qt::RoundJoin);
    painter.setPen(pen);
    painter.drawLine(80, 100, 300, 300);
    painter.setPen(Qt::red);
    painter.drawRect(10, 10, 100, 300);
    painter.setPen(QPen(Qt::green, 5));
    painter.setBrush(Qt::blue);
    painter.drawEllipse(50, 150, 200, 100);
}

在构造函数中，我们仅仅设置了窗口的大小和标题。
paintEvent()函数则是绘制的代码。首先，我们在栈上创建了一个QPainter对象，也就是说，每次运行paintEvent()函数的时候，都会重建这个QPainter对象。QPainter接收一个QPaintDevice指针作为参数。QPaintDevice有很多子类，比如QImage，以及QWidget。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。
注意，这一点可能会引发某些细节问题：由于我们每次重建QPainter，因此第一次运行时所设置的画笔颜色、状态等，第二次再进入这个函数时就会全部丢失。有时候我们希望保存画笔状态，就必须自己保存数据，否则的话则需要将QPainter作为类的成员变量。paintEvent() 作为重绘函数，会在需要重绘时由 Qt 自动调用。“需要重绘”可能发生在很多地方，比如组件刚刚创建出来的时候就需要重绘；组件最大化、最小化的时候也需要重新绘制；组件由遮挡变成完全显示的时候也需要等等。

程序运行结果###

画刷和画笔##

Qt 绘图系统定义了两个绘制时使用的关键属性：画刷和画笔。前者使用QBrush描述，大多用于填充；后者使用QPen描述，大多用于绘制轮廓线。

画刷###

• 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。
• 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：

        QPainter painter(this);
        QLinearGradient linearGradient(200, 50, 300, 50);
        linearGradient.setColorAt(0, Qt::red);
        linearGradient.setColorAt(1, Qt::green);
        painter.setBrush(linearGradient);
        painter.drawEllipse(QPointF(250, 50), 50, 50);

        QRadialGradient radialGradient(QPointF(50, 50), 50, QPointF(50, 50));
        radialGradient.setColorAt(0, QColor(255, 255, 100, 150));
        radialGradient.setColorAt(1, QColor(0, 0, 0, 50));
        painter.setBrush(radialGradient);
        painter.drawEllipse(QPointF(50, 50), 50, 50);

        QConicalGradient conicalGradient(QPointF(150, 50), 60);
        conicalGradient.setColorAt(0.2, Qt::white);
        conicalGradient.setColorAt(0.9, Qt::black);
        painter.setBrush(conicalGradient);
        painter.drawEllipse(QPointF(150, 50), 50, 50);

运行结果如下：

• 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。

    QPainter painter(this);
    QBrush brush;
    brush.setTexture(QPixmap("image.jpg"));
    painter.setBrush(brush);
    painter.drawEllipse(50, 100, 300, 200);

运行结果：

画笔###

QPen定义了用于QPainter应该怎样画线或者轮廓线。
画笔具有样式、宽度、画刷、笔帽样式和连接样式等属性。

• 1.画笔的样式style()定义了线的样式。画刷brush()用于填充画笔所绘制的线条。
• 2.笔帽样式capStyle()定义了使用QPainter绘制的线的末端；
• 3.连接样式joinStyle()则定义了两条线如何连接起来。
• 4.画笔宽度width()或widthF()定义了画笔的宽。注意，不存在宽度为 0 的线。
  注：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。

这么多参数既可以在构造时指定，也可以使用 set 函数指定，完全取决于你的习惯，例如：

QPainter painter(this);
QPen pen(Qt::green, 3, Qt::DashDotLine, Qt::RoundCap, Qt::RoundJoin);
painter.setPen(pen);

等价于

QPainter painter(this);
QPen pen;  // creates a default pen

pen.setStyle(Qt::DashDotLine);
pen.setWidth(3);
pen.setBrush(Qt::green);
pen.setCapStyle(Qt::RoundCap);
pen.setJoinStyle(Qt::RoundJoin);

painter.setPen(pen);

使用构造函数的优点是代码较短，但是参数含义不明确；使用 set 函数则正好反过来。
默认的画笔属性是纯黑色，0 像素，方形笔帽（Qt::SquareCap），斜面型连接（Qt::BevelJoin）。

1.下面是画笔样式的示例：####

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);

2.笔帽定义了画笔末端的样式，例如：####

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》）：

3.连接样式定义了两条线连接时的样式，例如：####

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》）：

反走样##

我们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：

void paintEvent(QPaintEvent *)
{
        QPainter painter(this);
        painter.setPen(QPen(Qt::black, 5, Qt::DashDotLine, Qt::RoundCap));
        painter.setBrush(Qt::yellow);
        painter.drawEllipse(100, 50, 200, 150);

        painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing, true);
        painter.setPen(QPen(Qt::black, 5, Qt::DashDotLine, Qt::RoundCap));
        painter.setBrush(Qt::yellow);
        painter.drawEllipse(100, 220, 200, 150);
}

显然，我们通过这条语句，将Antialiasing属性（也就是反走样）设置为 true。经过这句设置，我们就打开了QPainter的反走样功能。还记得我们曾经说过，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。

坐标系统##

坐标变换###

前面说过，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。

在了解了这两个函数之后，我们就可以进行示例代码了：

void PaintDemo::paintEvent(QPaintEvent *)
{
        QPainter painter(this);
        painter.fillRect(10, 10, 50, 100, Qt::red);
        painter.save();
        painter.translate(100, 0); // 向右平移 100px
        painter.fillRect(10, 10, 50, 100, Qt::yellow);
        painter.restore();
        painter.save();
        painter.translate(300, 0); // 向右平移 300px
        painter.rotate(30); // 顺时针旋转 30 度
        painter.fillRect(10, 10, 50, 100, Qt::green);
        painter.restore();
        painter.save();
        painter.translate(0, 100); // 向下平移 100px
        painter.scale(2, 2); // 横坐标单位放大 2 倍，纵坐标放大 2 倍
        painter.fillRect(10, 10, 50, 100, Qt::blue);
        painter.restore();
        painter.save();
        painter.translate(200, 100); // 向右平移 200px 向下平移 100px
        painter.shear(0, 1); // 横向不变，纵向扭曲 1 倍
        painter.fillRect(10, 10, 50, 100, Qt::cyan);
        painter.restore();
}

Qt 提供了四种坐标变换：平移 translate，旋转 rotate，缩放 scale 和扭曲 shear。在这段代码中，我们首先在 (10, 10) 点绘制一个红色的 50×100 矩形。保存当前状态，将坐标系平移到 (100, 0)，绘制一个黄色的矩形。注意，translate()操作平移的是坐标系，不是矩形。因此，我们还是在 (10, 10) 点绘制一个 50×100 矩形，现在，它跑到了右侧的位置。然后恢复先前状态，也就是把坐标系重新设为默认坐标系（相当于进行translate(-100, 0)），再进行下面的操作。之后也是类似的。由于我们只是保存了默认坐标系的状态，因此我们之后的translate()横坐标值必须增加，否则就会覆盖掉前面的图形。所有这些操作都是针对坐标系的，因此在绘制时，我们提供的矩形的坐标参数都是不变的。

运行结果如下：

窗口坐标###

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

运行结果：

原本窗口大小为400400，但这里利用setWindow重新分配了窗口坐标为200200，即便拖动窗口大小红色矩形也会覆盖整个窗口，由于setWindow将窗口的左上角固定位(0,0)窗口的右下角固定为(200,200)。此时再画矩形就是在这个窗口坐标下画。

视口坐标###

    QPainter painter(this);
    painter.setWindow(0, 0, 200, 200);
    painter.setViewport(100, 100, 100, 100);
    painter.fillRect(0, 0, 200, 200, Qt::red);

利用setVieweport将窗口映射到视口。

参考##

豆子空间