QPainter:Qt图形渲染引擎

QPainter:Qt图形渲染引擎

Qt 是一种跨平台的 C++ 应用程序框架,拥有丰富而强大的绘图功能。在 Qt 中,用于绘制图形和文本的主要类是 QPainter。QPainter 是一种基于扫描线的图形渲染引擎,可绘制线条、多边形、图像和文字等。

在本章中,我们将学习如何使用 QPainter 类进行绘图,在此之前,您需要了解以下内容:

  • C++ 的基本语法和面向对象编程
  • Qt 的基本组件和 API
  • Qt 信号和的机制

QPainter 类概述

QPainter 是 Qt 的核心绘图类之一,提供了各种方法来画出各种图形和文本。QPainter 类通过与特定设备的 QPainterDevice 对象交互,将二维图形呈现到窗口之上。

QPainter 可以与 QWidget 或其他显示设备(如 QImage 或 QPrinter)配合使用,因此您可以在屏幕上轻松地呈现复杂的几何图形和文本。

QPainter 的高效性可能会产生混淆,尤其是对新手,但实际上 QPainter 使用了优化的算法,能够快速渲染大部分类型的图形和文本数据。此外,QPainter 还实现了双缓冲技术。

QPainter 还提供了丰富的 API 来轻松实现以下操作:

  • 绘制基本的几何形状,如线段,多边形和椭圆。
  • 填充矩形,多边形和复杂路径。
  • 绘制文本并根据需要进行布局。
  • 绘制图像和像素数据。
  • 变换和移动绘图对象。

让我们开始学习 QPainter 的使用吧!

QPainter 绘画设备

QPainter 与不同的 QPainterDevice 类交互(例如窗口、pixmap、printer 等),通过 QPainterDevice 的 begin() 和 end() 方法以及 QPaintDeviceMetrics 来控制绘画设备。

在下面的代码片段中,我们看到当生成 QImage (图像)并将其用作 QPainterDevice 时,就使用 QPainter 在其上绘制图片:

QImage image(400, 400, QImage::Format_RGB32);
 
QPainter painter(&image); // 创建一个绘制器并将它与 Image 关联起来
 
painter.fillRect(image.rect(), Qt::white); // 填充矩形背景为白色
 
QPen pen(Qt::green, 4, Qt::DashLine, Qt::RoundCap, Qt::RoundJoin);
painter.setPen(pen);
 
painter.drawLine(50, 250, 200, 100);  // 绘制直线
painter.drawRect(150, 150, 50, 50);  // 绘制矩形
painter.drawEllipse(250, 50, 100, 150);  // 绘制椭圆
 
painter.end();    // 和上面一样,必须要调用 end() 结束绘画

将 QImage 作为 QPainterDevice 可以实现离屏渲染,以便在窗口或打印机外绘图,并保存到文件中。下面是一个将 QImage 写入文件的例子:

image.save("example.jpg", "JPG");

除 QImage 外,还可以使用 QWidget(或派生类)作为 QPainterDevice,这种情况下 QPainter 将自动在窗口上绘制。请注意,在绘制 QWidget 上的内容之前,您需要首先在QWidget 上选择 QPainter。

以 QWidget 作为 QPainterDevice 的示例代码:

void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
 
    painter.fillRect(rect(), Qt::white);
 
    QPen pen(Qt::blue, 3);
    painter.setPen(pen);
 
    painter.drawLine(0, 0,(), height());
    painter.drawLine(width(), 0, 0, height());
}

绘制几何形状

QPainter 提供了各种方法来绘制基本的几何形状,例如线段、矩形、圆和椭圆。当使用 QPainter 时,首先需要设置图形属性,刷和颜色。

画笔和画刷

尽管你可以为每个几何形状设置自己的颜色和笔刷,但很多时候,这些属性会适用于在 QPainter 上绘制的所有几何形状。QPainter 使用 QPen 和 QBrush 类来管理这些属性。

QPen 定义划,可以定义颜色、宽度、样式、线端点以及角的类型。创建 QPen 对象时,需要指定颜色和线宽,其他选项也可以通过设置不同的属性来调整。

QBrush 定义了一个图案或颜色填充,可以定义颜色、渐变和纹理等。在创建 QBrush 对象时,可以为其传递 QColor 对象(如果要填充一种颜色),也可以使用 QGradient (如 QLinearGradient 或 QRadialGradient)来创建渐变效果。

现在让我们看看如何绘制几何形状。下面是绘制三角形和梯形的例子:

void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
 
    QLinearGradient gradient(0, 0, width(), height());

    // 渐变色填充
    gradient.setColorAt(0, Qt::red);
    gradient.setColorAt(0.5, Qt::green);
    gradient.setColorAt(1, Qt::blue);

    QBrush brush(gradient);     // 带有渐变色的画刷

    painter.setBrush(brush);   // 设置画刷
    painter.setPen(Qt::black); // 设置铅笔颜色
 
    // 绘制三角形
    QPolygonF triangle;
    triangle << QPointF(0, 0) << QPointF(width(), 0) << QPointF(0, height());
    painter.drawPolygon(triangle);
 
    // 绘制梯形
    QPolygonF trapezoid;
    trapezoid << QPointF(0, 0) << QPointF(width(), 0) << QPointF(width() - 50, height()) << QPointF(50, height());
    painter.drawPolygon(trapezoid);
}

在上面的例子中,我们使用 QPolygonF 来定义三角形和梯形的顶点。然后,我们将其传递到 QPainter 的 drawPolygon 函数中进行绘制。

值得注意的是,在定义 QPolygonF 对象时,需要指定所有的点坐标。这些坐标是以局部坐标系为参考的。

矩形和圆形

QPainter 还提供了其他一些常见图形的绘制方法,如矩形和圆形。下面是一个简单的例子,它使用 QPen 和 QBrush 分别设置矩形和圆形的外观:

void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
 
    QPen pen(Qt::black, 2, Qt::SolidLine);   // 定义铅笔
    painter.setPen(pen);                     // 设置铅笔
 
    Q::blue, Qt::Dense4Pattern);// 定义画刷
    painter.setBrush(brush);                 // 设置画刷
 
    // 绘制矩形
    QRectF rect(10, 10, 100, 50);           // 定义矩形区域
    painter.drawRect(rect);                 // 绘制矩形
 
    // 绘制圆
    QRectF circle(150, 10, 50, 50);          // 定义圆形的外接矩形
    painter.drawEllipse(circle);             // 绘制圆形
}

在上面的例子中,我们使用 QRectF 来指定矩形和圆形的位置和尺寸。我们还将 QPen、QBrush 和 QRectF 对象作为参数传递给 QPainter 类的绘制函数。

绘制文本

QPainter 还提供了一种绘制文本的方法。使用 drawText 函数来完成此操作。您需要指定字符串,以及位于字符串底部水平对齐和垂直对齐的坐标。如果需要更大的控制,可以使用 drawStaticText。

下面的代码演示如何向窗口中绘制文本:

void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
 
    QFont font;
    font.setPointSize(24);
    font.setBold(true);
    painter.setFont(font);
 
    QString text = "Hello, world!";
    QRect rect = painter.boundingRect(0, 0, width(), height(), Qt::AlignCenter, text);
 
    painter.drawText(rect, text, Qt::AlignCenter);
}

在上面的代码中,我们首先创建 QFont 对象来设置字体的大小和粗细程度。然后,我们创建一个字符串,并获取其引起的矩形对象。最后,我们使用 QRect 和 QString 参数调用 drawText 函数来在窗口上显示字符串。

如果您没有指定对齐方式,则文字将位于 Painter 指定的矩形左上角。

性能

QPainter 是一个功能强大的绘图工具,可以用于呈现任意形状、文本和图像。由于其灵活性和高度优化的算法,它也被广泛用于绘制实时图形。

但是,由于绘制复杂几何形状和使用大量的纹理或网格会影响绘制性能,QPainter 在某些情况下可能并不是最好的选择。在这种情况下,可能需要使用专门的图形库,比如 OpenGL 或 Vulkan。

另外,为了获得更好的性能,建议您在使用 QPainter 时遵循以下准则:

  • 避免每次调用 paintEvent 函数时重新创建 QPen 和 QBrush 对象。尽可能复用先前创建的对象。
  • 使用 QPixmap 而不是 QImage,在窗口中绘制简单的图形时。因为 QPixmap 通常比 QImage 更高效地呈现到屏幕上。
  • 避免在 paintEvent 中进行过多的计算(例如计算多边形路径或生成渐变)。如果必须要进行复杂的计算,请将预先计算的结果存储在成员变量或全局变量中,并在需要时重用它们。

在 Qt 中,使用 QPainter 绘图是非常常见的操作。如果您了解 QPainter 的 API 并按照最佳实践使用它,那么将可以轻松地创建复杂的图形和文本布局,并以高效的方式呈现到屏幕上。## QPainter 与 Qt 组件

在 Qt 应用程序中,除了直接绘制到窗口上之外,您还可以将 QPainter 用于 Qt 组件的绘制(例如 QPushButton、QLabel 和 QGraphicsScene 等)。

通过继承 QWidget 和实现 paintEvent 函数来进行绘制是一种常见的方法。如果您使用的是更高级别的组件,则可能需要重写更具体的绘制函数(例如 QStylePainter::drawControl 和 QStyle::drawPrimitive)来控制组件的呈现。

下面是一个简单的例子,演示如何在 QWidget 上绘制一个文本字符串:

void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QPainter painter(this);
 
    QFont font;
    font.setPointSize(24);
    font.setBold(true);
    painter.setFont(font);
 
    QString text = "Hello, world!";
    QRect rect = painter.boundingRect(0, 0, width(), height(), Qt::AlignCenter, text);
 
    painter.drawText(rect, text, Qt::AlignCenter);
}

在上面的代码中,我们将 QPainter 直接传递给 QWidget 实例,并且在 paintEvent 函数中绘制文本。

在更高级别的 Qt 组件中,您通常需要使用 QStylePainter 或 QPainterPath 类来控制组件的样式和几何形状。以下是一个示例,演示如何使用 QStylePainter 来自定义 QPushButton 的外观:

void MyButton::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QStylePainter painter(this);
 
    QStyleOptionButton option;
    painter.drawControl(QStyle::CE_PushButton, option);
}

在上面的代码中,我们定义了一个自定义 QPushButton 子类,然后在 paintEvent 函数中使用 QStylePainter 进行绘制。QStyleOptionButton 对象用于指定按钮的状态和文本,然后调用 QStylePainter 的 drawControl 函数来绘制按钮。

总结

在 Qt 中,QPainter 是一种强大的图形绘制工具,可用于将几何形状、文本和图像呈现到窗口或 Qt 组件中。您可以通过设置属性(如铅笔宽度、画刷颜色和字体)来控制绘制过程,并使用 QPainterPath 类型来创建复杂的形状。

为了获得最佳性能,请注意遵循最佳实践,并使用优化过的算法来计算和绘制形状。如果您更高级别的绘图功能,则可以考虑使用 OpenGL 或 Vulkan 等专业库来进行绘图。除了本文所述的基本功能之外,QPainter 还具有另外许多高级功能。

例如,QPainter 还支持裁剪功能,可以通过 QPainter::setClipRect() 或 QPainter::setClipPath() 函数将绘制区域限制为一个矩形或 Qt 路径。这对于在不同部分绘制颜色和图案时非常有用,避免了渲染到整个窗口的需要。

QPainter 还支持在图形上应用变换,包括旋转、缩放和移动,这可以使用 QTransform 对象完成。您可以使用 QPainter::setWorldTransform() 函数将变换应用于 QPainter,并使用 QPainter::resetTransform() 函数将其重置回默认状态。

如果您需要在图形上应用混合效果,QPainter 也提供了支持。您可以使用 QPainter::setCompositionMode() 函数将绘制操作与现有画布内容组合,以产生透明效果,或者使用其他混合模式实现各种效果。

最后但并非最不重要的是,Qt 文档中还有大量额外的示例、教程和解释,深入探索 QPainter 的使用方法。无论您是新手还是有经验的 Qt 开发人员,都可以从中获益。

希望本文对您加深对 QPainter 的理解,并帮助您更好地使用它进行图形绘制!

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