QT技术应用_2D绘图(转)

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2D绘图 
Qt4中的2D绘图部分称为Arthur绘图系统.它由3个类支撑整个框架，QPainter,QPainterDevice和QPainterEngine.QPainter用来执行具体的绘图相关操作如画点，画线，填充，变换，alpha通道等。QPainterDevice是QPainter用来绘图的绘图设备,Qt中有几种预定义的绘图设备，如QWidget,QPixamp,QPrinter等.他们都从QPaintDevice继承。QPaintEngine类提供了不同类型设备的接口，QPaintEngine对程序员不透明，由QPainter,QPaintDevice类与其进行交互。
从Qt4.2开始,Graphics View框架取代了QCanvas,QGraphics View框架使用了MVC模式，适合对大量2D图元的管理，Grphics View框架中，场景(scene)存储了图形数据，它通过视图(view)以多种表现形式，每个图元(item)可以单独进行控制.
Arthur绘图基础
在Arthur绘图框架中的基本绘图元素是画笔，画刷。
QPainter类具有GUI程序需要的绝大多数函数,能够绘制基本图形(点，线，矩形，多边形等)以及复杂的图形(如绘图路径).使用绘图路径(QPaintPath)的优点是复杂形状的图形之用生成一次，以后再使用的时候是需要调用QPainter::drawPath()就可以了。QPainterPath对象可以用来填充，绘制轮廓。
线和轮廓都可以用画笔(QPen)进行绘制，画刷(QBrush)进行填充。画笔定义了风格(线形),宽度，笔尖画刷以及端点是如何绘制的(cap-style),端点的连接方式(join-style)
.画刷用来填充画笔绘制的图形，可以定制不同的填充模式和颜色的画刷。
当绘制文字时，字体使用QFont类定义，Qt使用指定字体的属性，如果没有匹配的字体，Qt将使用最接近的字体。字体属性可以通过QFontInfo来获取。

字体的度量(measurement)
使用QFontMetrics类来获取。QFontDatabase类可以获得底层窗口系统所有可用的字体.
通常情况下QPainter以默认的坐标系统进行绘制，也可以用QMatrix类对坐标进行变换。
当绘制时，可以使用QPainter::RenderHint来告诉绘图引擎是否启用饭锯齿功能使图变得平滑。
QPainter::RenderHint的可取如表6-1中的值
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QPainter::Antialiasing           告诉绘图引擎应该在可能的情况下进行边的反锯齿绘制
QPainter::TextAntialiasing       尽可能的情况下文字的反锯齿绘制
QPainter::SmoothPixmapTransform  使用平滑的pixmap变换算法(双线性插值算法),而不是近邻插值算法
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QPainter的绘图函数 
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drawArc()                                 弧
drawChord()                               弦
drawConvexPolygon()                       凸多边形
drawEllipse()                             椭圆
drawImage()                               QImage表示的图像
drawLine()                                线
drawLines()                               多条线
drawPath()                                路径
drawPicture()                             按QPainter指令绘制
drawPie()                                 扇形
drawPixmap()                              QPixmap表示的图像
drawPoint()                               点
drawPoints()                              多个点
drawPolygon()                             多边形
drawPolyline()                            多折线
drawRect()                                矩形
drawRects()                               多个矩形
drawRoundRect()                           圆角矩形
drawText()                                文字
drawTiledPixmap()                         平铺图像
drawLineSegments()                        绘制折线
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drawPicture()函数负责绘制QPicture中存储的QPainter指令，QPicture是可以记录QPainter绘图指令的类.它将QPainter的绘图指令串行化为平台无关的存储格式。
下面的代码将记录的绘图指令重绘。
QPicture picture;
picture.load("mypicture.pic");
QPainter painter(this);
painter.drawPicture(0,0,picture);//在(0,0)处重放绘图指令，也可以使用QPicture::play()完成相同的功能

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使用画笔
画笔的属性包括线型，线宽，颜色等。画笔的属性可以在构造函数中指定，也可以使用setStyle()，setWidth(),setBrush(),setCapStyle(),setJoinStyle()等函数逐项设定画笔的各项属性.Qt中使用Qt::PenStyle定义了6种画笔风格，分别是Qt::SolidLine,Qt::DashLine,Qt::DotLine,Qt::DashDotLine,Qt::DashDotDotLine,
Qt::CustomDashLine.自定义线风格(Qt::CustomDashLine)，需要使用QPen的setDashPattern()函数来设定自定义风格.
下面代码设置了一个自定义QPen
QPen pen;
QVector customDashes;
qreal blank=4;
dashes<<2< pen.setDashPattern(customDashes);

端点风格(cap style)
端点风格决定了线的端点样式，它只对线宽大于1的线有效。Qt种定义了三种端点风格用枚举类型Qt::PenCapStyle表示,分别为Qt::SqureCap,QT::FlatCap,Qt::RoundCap,
连接风格(Join style)
连接风格是两条线如何连接，连接风格对线宽大于等于1的线有效。Qt定义了四种连接方式用枚举类型Qt::PenStyle表示.分别是Qt::MiterJoin,Qt::BevelJoin,Qt::RoundJoin.
Qt::SvgMiterJoin.

2.画刷
在Qt中图形使用QBrush进行填充，画刷包括填充颜色和风格(填充模式).在Qt中，颜色使用QColor类表示，QColor支持RGB,HSV,CMYK颜色模型。QColor还支持alpha混合的轮廓和
填充。基本模式填充包括有各种点，线组合的模式。Qt支持RGB,HSV,和CMYK颜色模型。RGB是面向硬件的模型。颜色由红绿蓝三种基色混合而成。HSV模型比较符合人对颜色的感觉，由
色调(0-359),饱和度(0-255),亮度(0-255)组成.CMYK由青，洋红，黄，黑四种基色组成。主要用于打印机等硬件拷贝设备上。每个颜色分量的取值是0-255.另外QColor还可以用
SVG1.0中定义的任何颜色名为参数初始化.

Qt4提供了渐变填充的画刷，渐变填充包括两个要素，颜色的变化和路径的变化。颜色变化可以指定从一种颜色渐变到另外一种颜色。也可以在变化的路径上指定一些点的颜色进行分段渐变。
Qt4中，提供了三种渐变填充：线性(QLinearGradient),圆形(QRadialGradient)和圆锥渐变(QConicalGradient).所有的类都从QGradient类继承.

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线性渐变填充
线性渐变填充指定两个控制点，画刷在两个控制点之间进行颜色插值。通过创建QLinearGradient对象来设置画刷.
QLinearGradient linearGradient(0,0,200,100);
linearGradient.setColorAt(0,Qt::red);
linearGradient.setColorAt(0.5,Qt::green);
linearGradient.setColorAt(1,Qt::blue);
painter.setBrush(linearGradient);
painter.drawRect(0,0,200,100);
在QGradient构造函数中指定线行填充的两点分别为(0,0),(100,100).setColorAt()函数在0-1之间设置指定位置的颜
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圆形渐变填充
圆形渐变填充需要指定圆心，半径和焦点。画刷在焦点和圆上的所有点之间进行颜色插值。创建QRadialGradient对象设置画刷
QRadialGradient radialGradient(50,50,50,30,30);
radialGradient.setColorAt(0.2,Qt::cyan);
radialGradient.setColorAt(0.8,Qt::yellow);
radialGradient.setColorAt(1,Qt::magenta);
painter.setBrush(radialGradient);
painter.drawEllipse(0,0,100,100);
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圆锥渐变填充
圆锥渐变填充指定圆心和开始角，画刷沿圆心逆时针对颜色进行插值，创建QConicalGradient对象并设置画刷.
QConicalGradient conicalGradient(60,40,30);
conicalGradient.setColorAt(0,Qt::gray);
conicalGradient.setColorAt(0.4,Qt::darkGreen);
conicalGradient.setColorAt(0.6,Qt::darkMagenta);
conicalGradient.setColorAt(1,Qt::drakBlue);
painter.setBrush(conicalGradient);
painter.drawEllipse(0,0,100,100);
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为了实现自定义填充，还可以使用QPixmap或者QImage对象进行纹理填充。两种图像分别使用setTexture()和setTextureImage()函数加载纹理.
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双缓冲绘图
在Qt4中，所有的窗口部件默认都使用双缓冲进行绘图。使用双缓冲，可以减轻绘制的闪烁感。在有些情况下，用户要关闭双缓冲，自己管理绘图。下面的语句设置了窗口部件
的Qt::WA_PaintOnScreen属性 ，就关闭了窗口部件的双缓冲.
mywidget->setAttribute(Qt::WA_PaintOnScreen);
由于Qt4不再提供异或笔，组合模式QPainter::CompostionMode_Xor()并不是异或笔,Qt4只提供了QRubberBand实现矩形和直线的绘图反馈。因此要实现在绘图中动态
反馈必须使用其他方法。程序中使用双环冲来解决这个问题。在绘图过程中，一个缓冲区绘制临时内存，一个缓冲区保存绘制好的内容，最后进行合并。
在交互绘图过程中，程序将图像缓冲区复制到临时缓冲区，并在临时缓冲区上绘制，绘制完毕在将结果复制到图像缓冲区，如果没有交互复制，则直接将图像缓冲区绘制显示到屏幕上。
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使用alpha通道
在windows,Mac OSX和有XRender扩展的X11系统上，Qt4能够支持Alpha通道，通过使用Alpha通道，可以实现半透明效果，QColor类中定义了Alpha通道的透明度，0表示完全透明
255表示完全不透明。注意QWidget类有一个属性windowOpacity,通过setWindowOpacity(qreal level)可以设置窗口的透明度。但该属性和Alpha通道的原理并不相同，Qt4在
Windows和Mac OS X平台上才支持该属性，但在X11平台上却需要Composite扩展才能工作。(alpha通道使用的是X11的xRender扩展).
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绘图设备
QPaintDevice类是实际的绘制设备的基类.QPainter能够在QPaintDevice子类上进行绘制，如QWidget,QImage,QPixmap,QGLWidget,QGLPixelBuffer,QPicture,QPrinter
QSvgGenerator.要实现自己的绘图设备，必须从QPaintDevice类继承并实现其虚函数QPaintDevice::paintEngine()以告之QPainter能够在这个特定的设备上绘制图形，同时还需要从
QPaintEngine类继承自定义的图形绘制引擎。

1 QWidget
QWidget是所有用户界面元素的基类，窗口部件时用户界面的原子元素，他接受鼠标，键盘，窗口系统的其他事件并在屏幕上绘制自己。
2 QImage
QImage类提供了与硬件无关的图像表示，它为直接操作像素提供优化，QImage支持单色，8-bit,32-bit和alpha混合图像，使用QImage的优点在于可以获得平台无关的绘制操作，另外还有一个好处
时图像可以不必在GUI线程中处理。
3 QPixmap
QPixmap时后台显示的图像，它为在屏幕上显示图像提供优化，不同于QImage,pixmap的图像数据用户不可见，而且由底层窗口系统管理，为了优化QPixmap图像，Qt提供了QPixmapCache类来存储
临时的pixmap.Qt还提供了QPixmap的继承类QBitmap类，QBitmap表示单色的pixmap,主要用来创建自定义的QCursor和QBrush对象，构造QRegion对象，设置pixmap和窗口部件的掩码。
4 OPenGLWidget
Qt提供了QtOpenGL模块来实现OpenGL操作，QGLWidget允许使用OpenGL API进行绘制。同时QGLWidget时QWidget的子类，因此QPainter也可以在上面绘制。这样可以使Qt能够利用OpenGl
完成绘制操作，如变换和绘制pixmap
5 pixel Buffer
QGLPixelBuffer从QPaintDevice继承，封装了OpenGL pbuffer.使用pbuffer绘制通常时全硬件加速，这比使用QPixmap绘制更为迅速。
6 FrameBuffer
QGLFrameBufferObject从QPaintDevice继承，QGLFrameBufferObject封装了OpenGL frameBuffer对象，FrameBuffer对戏那个用来实现后台屏幕绘制，比pixel buffer更好一些。
7 picture
QPicture类时能够记录和重演QPainter命令的绘图设备，picture串行化painter的命令为平台无关的格式，QPicture同时也于分辨率无关，如QPicuture能够在不同的设备上(svg,pdf,ps
打印机和屏幕)有一只的显示。QPicture::load()和QPicture::save()函数分别完成载入和存储图像。
8 Printer
QPrinter 类时在打印机上绘制的绘图设备，在Windows和MAC OS X上，QPrinter使用内建的打印机驱动程序，在X11上，QPrinter山城postscript代码并发送给lpr,lp或者其他打印程 序，QPrinter可以在任意其他QPrintEngine对象上打印，也可以直接生成PDF文件。
QPrintEngine类定义了QPrinter如何和其他打印机系统交互的接口，主要创建自己的打印引擎时，可以从QPaintEngine和QPaintEngine上继承。
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坐标系统与坐标变换

1. Qt坐标系统由QPainter控制，同时也由 QPaintDevice和QPaintEngine类控制.QPaintDevice类是绘图设备的基 类，QWidget,QPixmap,QImage,和QPrinter都是QPaintDevice类的子类。Qt绘图设备默认坐标原点是左上角，X轴 向右增长，Y轴向下增长，默认的单位在基于像素的设备上是像素，在打印机设备上是1/72英寸(0.35毫米).QPainter的逻辑坐标与 QPainterDevice的物理坐标之间的映射由QPainter的变换矩阵，视口和窗口处理。逻辑坐标和物理坐标也是一直的。QPainter也支 持坐标变换(如旋转和伸缩);

2. 坐标变换。
通常QPainer在设备的坐标系统上绘制图形，但QPainter也支持坐标变换。可以通过QPainter::scale()函数进行比例变换。使用 QPainter::rotate()函数进行旋转变换。平移变换则使用QPainter::translate()函 数，QPainter::shear()函数对图形进行扭曲操作，所有变换操作的变换矩阵都可以通过QPainter::wordMatrix()函数取 出。不同的变换矩阵可以使用堆栈保存。
用QPainter::save()保存变换矩阵到堆栈，用QPainter::restore()函数将其弹出堆栈。
  QMatrix定义了系统的二维变换。QMatrix对象实际上定义了一个3x3矩阵。
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  m11  m12  0
  m21  m22  0
  dx   dy   1
  ---------------
   x//'=m11*x+m21*y+dx;
   y//'=m22*y+m12*x+dy;
其中dx,dy表示水平和垂直偏移量，m11,m22表示水平和垂直方向上的比例。m12和m21表示水平和垂直方向上的扭曲程度。
矩阵可以通过setMatrix函数进行设置，然后可以使用translate(),rotate(),scale(),shear()等函数进行变 换.Qt4.3中引入QTransform类表示变换矩阵。与QMatrix不同的是，QTransform()支持透视变换。使用toAffine() 函数可以将QTransform对象转换为QMatrix对象。这将丢失QTransform的透视变换数据。逻辑坐标和物理坐标的变换由 QPainter的worldMatrix()函数。以及QPainter的viewport()和window()函数处理。视口表示物理坐标下的任意 矩形。而在窗口表示在逻辑坐标下的相同矩形。默认情况下逻辑坐标与物理坐标时相同的。与绘图设备上的矩形也是一致的。使用窗口－视口变换可以使逻辑坐标符 合自定义要求，这个机制通常用来完成设备无关的绘图代码。例如，可以设置逻辑坐标(-100,-100)到(100,100)且在原点(0,0),通过调 用QPainter::setWindow()函数可以完成下列操作。
 QPainter painter(this);
 painter.setWindow(QRect(-100,-100,200,200));
现 在，逻辑坐标的(-100,-100)对应着绘图设备的(0,0),这样可以绘制独立于设备，始终在指定逻辑坐标上工作。设置窗口或视口矩形实际上是执行 线性变换。本质上是窗口四个角映射到对应的视口四个角，反之亦然，因此保持视口和窗口x轴和y轴之间的比例变换一致，保证变换没有变形。窗口－视口变换只 是线性变换，不执行裁剪操作，例如当绘制超出窗口后，这些绘制仍然 通过线性变换映射到视口进行绘制。Qt的绘制过程是进行坐标变换，在进行窗口－视口变换。

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使用不同的字体

Qt提供了Font类来表示字体，当创建QFont对象时，Qt会使用指定的字体，如果没有对应的字体，Qt将寻找一种最接近的已安装字体。字体信息可以通过QFontInfo 取出，并可用QFontMetrics取得字体的相关数据。函数exactMatch()判断底层窗口系统中是否有完全对应的字体。使用 QApplication::setFont()可以设置应用程序默认的字体，如果选择的字体不包括所有要显示的字符，QFont将会尝试寻找最基接近的 字体。当QPainter绘制指定的字体中不存在的字符时将绘制一个空心的正方行。

绘图路径  --QPainterPath
绘图路径(painter path)由基本图元(矩形，椭圆，直线，曲线)组成，绘图路径可以是闭合的路径，如矩形和圆，或者是非闭合的路径，如直线和曲线。绘图路径在Qt中使用QPainterPth类表示，它提供了绘图操作的容器，可以使图形能够复用。绘图路径可以进行填充，显示轮廓和裁剪。要生成可填充的轮廓的绘图路径，可以使用QPainterPathStroker类.使用QPainterPath的优点是复杂的图形只需创建一次，就可以多次使用。QPainterPath对象可以时只有起点的空路径，或者从其他QPainterPath对象复制，创建了QPainterPath对象后，可以使用lineTo(),cubicTo(),quadTo() 函数将直线和曲线添加到路径中来，直线和曲线从currentPosition()开始绘制。currentPosition()总是返回最后的子路经绘 制的终点。使用moveTo()函数可以在不增加路径的情况下移动currentPositon(),它关闭了一个子路经，开始一个新的子路经。 closeSubPath()也可以关闭当前路径，并从currentPosition()连接一条直线到绘图路径的起点。QPainter可以使用 addEllipse(),addPath(),addRect(),addRegion(),addText()将Qt的一些基本图元加入绘图路径。一 个已有的绘图路径可以通过connectPath()函数加入到另一个绘图路径中。
如下代码绘制了一个箭头:
QPainterPath path;
path.moveTo(10,100);
path.cubicTo(10,100,100,10,200,70);
path.lineTo(200,50);
path.lineTo(220,80);
path.lineTo(200,110);
path.lineTo(200,90);
path.cuticTo(200,100,100,50,50,100);

QPainter painter(this);
QPen pen(QColor(255,0,0),2);
painter.setPen(pen);
painter.drawPath(path);

Qt提供了两种填充方式，Qt::OddEventFill和Qt::WindingFill.Qt::OddEvent时默认的填充规则，它指定 QPainterPath使用奇偶填充规则，该规则判断一个点是否在论经图形内的方法是从该店画一条水平线到路径外，计算水平线和路径的交点数，如果交点 时奇数个则说明该点在路径图形内。QPainterPath还有一些函数可以获取路径信息，如elementAt()函数可以取出指定的子路经元素，
isEmpty() 函数判断当前路径是否为空。controlPointRect()函数返回路径中所有的点和控制点的矩形，该函数运行速度比返回精确包容框 boundingRect()函数快得多。contains()函数判断一个点或一个矩形是否在路径内。intersects()判断指定的矩形与路径是 否相交.QPainterPath可以将矩形图形转换为其他图形，如使用toFillPolygon(), toFillPolygon(),toSubpathPOlygons()函数将路径转化为多边形。
QPainterPath还可以使用文字作为路径，下面的代码演示了文字路径，并使用线性渐变填充。
QLinearGradient linearGrad(QPointF(200,0),QPointF(1000,0));
linearGrad.setColorAt(0,Qt::black);
linearGrad.setColorAt(1,Qt::white);
QFont font("隶书",80);
font.setBold(true);
QPainterPath textPath();
textPath.addText(200,300,font,tr("电子工业出版社"));
painter.setBrush(linearGrad);
painter.drawPath(textPath);

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QImage和QPixmap绘图设备
Qt 提供了4个处理图像的类。QImage,QPixmap,QBitmap,QPicure.他们有着各自的特点。QImage优化了I/O操作，可以直接 存取操作像素数据。QPixmap主要用来在屏幕上显示图像。QBitmap从QPixmap继承，只能表示两种颜色，QPicture是可以记录和重放 QPrinter命令的类。QImage提供了与硬件无关的图像表示方法。通过QImage可以直接存取像素数据，QImage也可以用作绘图设备。
QImage 支持的图像颜色可以是单色，8位，32位和alpha混合的格式。因为QImage从QPainterDevice继承，所以QPainter可以直接在 QImage上绘图。除了绘制文字格式外(QFont依赖于底层的GUI).其他的绘制操作可以在任意线程中完成，如果要在其他线程中绘制文字，可以使用 QPainterPath。QImage对象具有隐式共享，作为传值参数，可以使用数据流及进行比较等特性。
读入图像可以通过QImage构造函 数，load(),loadFromData()几种方法完成。还可以通过QImage的静态函数fromData()由指定数据构造一个QImage对 象。既可以从文件系统装入，也可以从Qt应用程序的嵌入式资源中读取，使用save()可以保存QImage对象。可以通过 QImageReader::supportedImageFormats()和 QImageWriter::supportedImageFormats()获取QImage支持的所有文件格式列表。
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QImage函数
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几何函数

size(),widt(),dotsPermeterX(),dotsPerMeterY()函数获取图像大小和比例信息。
rect()函数返回图像的包容矩形，valid()测试给定的坐标是否在此矩形内。offset()获取图像和其他图像之间的相对偏移量。setOffset()函数设置偏移量。

颜色函数

某个像素的颜色可以通过pixel函数获取，返回值是QRgb类型，对于单色和256色图像，colorTable()返回调色板,numColors返回调色板中的条目数.

用pixelIndex()函数获取像素的颜色索引，然后使用color()函数取出实际的颜色值.hasAlphaChannel()函数返回图像是否使用了alpha通道。allGray(),isGrayscale()测试图像是否为灰度图像。

文字

text()函数返回图像附属的文字，textKeys()返回文字的键值表。setText()函数改变图像附属文字.

低级信息

depth()函数获取图像颜色位数.支持1,8,32位.format().bytesPerLine()和numBytes()函数返回图像的数据存储信息. serieralNumber()函数取得唯一标识QImage对象的数字.
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QImage的8位和单色图像采用颜色索引表的方式存取，32为的图像则直接存储ARGB值.因此他们的像素操作函数也不相同，对32位的图像，setPixel()函数可以改变指定像素的QRgb颜色值，对8位和单色图像，setPixel()改变在预定义颜色表中的索引值，如果要改变颜色表，可以使用setColor()函数。QImage提供 scanLine()函数返回指定行的数据。bits()函数返回第一个像素的指针。每个像素在QImage中都使用整数形式表示。单色图像使用一位的索 引指向只有两种颜色的调色板，有两种类型的单色图像，big endia(MSB),little endian(LSB).256色图像使用8位颜色调色板，调色板的数据类型是QVector,QRgb实际上时无符号整数型，存储ARGB的格式是 0xAARRGGBB.32位的图像直接存储，有三种类型的存储格式：RGB,ARGB和已预乘的ARGB。在已预乘ARGB中，红绿蓝三色已经和 alpha相乘并模除255.allGray()和isGrayscale()函数可以判断一个彩色图像能否安全转化为灰度图像。图像的格式用 format()函数读取出，convertToFormat()可以进行图像格式转化，QImage支持的存储格式如下:
QImage::Format_Mono            单色图像(MSB)
QImage::Format_MonoLSB         单色图像(LSB)
QImage::Format_Indexed8        使用颜色表的256色图像
QImage::Format_RGB32           不支持Alpha通道的32位图像
QImage::FOrmat_ARGB32          含Alpha通道的32位图像
QImage::Format_ARGB32_Premultiplied   已预乘的含Alpha通道的32位图像.