• 1. Qt 绘图系统
  • 1.1. 基本绘制和填充
    • 1.1.1. 基本图形的绘制和填充
    • 1.1.2. 渐变填充
• 2. Qt 坐标系统
  • 2.1. 坐标变换

1. Qt 绘图系统

Qt 中提供了强大的 2D 绘图系统，可以使用相同的 API 在屏幕和绘图设备上进行绘制，主要基于 QPainter、QPaintDevice 和 QPaintEngine 这 3 个类。

1. QPainter

QPainter用来执行绘图操作。

2. QPaintDevice

QPaintDevice提供绘图设备，是一个二维空间的抽象，可以使用 QPainter 在其上进行绘制；是所有可以进行绘制的对象的基类，它的子类主要有 QWidget、QPixmap、QPicture、QImage、QPrinter 和 QOpenGLPaintDevice 等。

3. QPaintEngine

QPaintEngine提供了一些接口，用于 QPainter 和 QPaintDevice 内部，使得 QPainter 可以在不同的设备上进行绘制；除了创建自定义的绘图设备类型，一般编程中不需要使用该类。

这一章中将讲解与 Qt 2D 绘图相关的一些知识，包括基本的绘制和填充、Qt 坐标系统等。本章内容可以在帮助中通过 Paint System 关键字查看。

1.1. 基本绘制和填充

绘图系统中由 QPainter 完成具体的绘制操作，其中，提供了大量高度优化的函数来完成 GUI 编程所需要的大部分绘制工作。QPainter 可以绘制一切想要的图形，从最简单的一条直线到其他任何复杂的图形，还可以绘制文本和图片。QPainter 可以在继承自 QPaintDevice 类的任何对象上进行绘制操作。

QPainter 一般在一个部件重绘事件（Paint Event）的处理函数 paintEvent() 中进行绘制，首先要创建 QPainter 对象，然后进行图形的绘制，最后销毁 QPainter 对象。

1.1.1. 基本图形的绘制和填充

QPainter 中提供了一些便捷函数来绘制常用的图形，还可以设置线条、边框的画笔以及进行填充的画刷。

新建 Qt Widgets 应用，项目名称为 mydrawing，基类选择 QWidget，类名为 Widget。建立完成后，在 widget.h 文件中声明重绘事件处理函数：

protected:
    void paintEvent(QPaintEvent *event);

然后到 widget.cpp 文件中添加头文件 #include <QPainter>

1. 绘制图形
   先在 widget.cpp 文件中对 paintEvent() 函数进行如下定义：

void Widget::paintEvent(QPaintEvent *)
{
    QPainter painter(this);
    painter.drawLine(QPoint(0, 0), QPoint(100, 100));
}

这里先创建了一个 QPainter 对象，使用了 QPainter::QPainter(QPaintDevice * device) 构造函数，并指定了 this 为绘图设备，即表明在 Widget 部件上进行绘制。使用这个构造函数创建的对象会立即开始在设备上进行绘制，自动调用 begin() 函数，然后在 QPainter 的析构函数中调用 end() 函数结束绘制。如果构建 QPainter 对象时不想指定绘制设备，那么可以使用不带参数的构造函数，然后使用 QPainter::begin(QPaintDevice * device) 在开始绘制时指定绘制设备，等绘制完成后再调用 end() 函数结束绘制。上面函数中的代码等价于：

QPainter painter;
painter.begin(this);
painter.drawLine(QPoint(0, 0), QPoint(100, 100));
painter.end();

这两种方式都可以完成绘制，无论使用哪种方式，都要指定绘图设备，否则无法进行绘制。第二行代码使用 drawLine() 函数绘制了一条线段，这里使用了该函数的一种重载形式 QPainter::drawLine(const QPoint &p1, const QPoint &p2)，其中，p1 和 p2 分别是线段的起点和终点。这里的 QPoint(0, 0) 就是窗口的原点，默认是窗口的左上角（不包含标题栏）。

可以运行程序查看效果:

除了绘制简单的线条以外，QPainter 还提供了一些绘制其他常用图形的函数，其中最常用的几个如表所列。
表 QPainter 中常用图形绘制函数介绍

函数	功能	函数	功能
drawArc()	绘制圆弧	drawPoint()	绘制点
drawChord()	绘制弦	drawPolygon()	绘制多边形
drawConvexPolygon()	绘制凸多边形	drawPolyline()	绘制折线
drawEllipse()	绘制椭圆	drawRect()	绘制矩形
drawLine()	绘制线条	drawRoundedRect()	绘制圆角矩形
drawPic()	绘制图片

2. 使用画笔
   在 paintEvent() 函数中继续添加如下代码：

//创建画笔
QPen pen(Qt::green, 5, Qt::DotLine, Qt::RoundCap, Qt::RoundJoin);
//使用画笔
painter.setPen(pen);
QRectF rectangle(70.0, 40.0, 80.0, 60.0);
int startAngle = 30 * 16;
int spanAngle = 120 * 16;
//绘制圆弧
painter.drawArc(rectangle, startAngle, spanAngle);

运行如下：

QPen 类为 QPainter 提供了画笔来绘制线条和形状的轮廓，

这里使用的构造函数为 QPen::QPen(const QBrush &brush, qreal width, Qt::PenStyle style = Qt::SolidLine, Qt::PenCapStyle cap = Qt::SquareCap, Qt::PenJoinStyle join = Qt::BevelJoin)，

几个参数依次为画笔使用的画刷、线宽、画笔风格、画笔端点风格和画笔连接风格，也可以分别使用 setBrush()、setWidth()、setStyle()、setCapStyle() 和 setJoinStyle() 等函数进行设置。
其中，画刷可以为画笔提供颜色；线宽的默认值为 0（宽度为 0 的一个像素）；
画笔风格有实线、点线等，还有一个 Qt::NoPen 值，表示不进行线条或边框的绘制。
还可以使用 setDashPattern() 函数来自定义一个画笔风格。

画笔端点风格定义了怎样进行线条端点的绘制，其中Qt::SquareCap 风格表示线条的终点为方形，并且向前延伸了线宽的一半的长度；
Qt::FlatCap 风格也是方形端点，但并没有延长；
使用 Qt::RoundCap 风格的线条是圆形的端点，这些风格对宽度为 0 的线条没有作用。

最后的画笔连接风格定义了怎样绘制两条线的连接。
其中，Qt::BevelJoin 风格填充了两条线之间的空缺三角形；
而 Qt::RoundJoin 使用圆弧来填充这个三角形，这样显得更圆滑；
使用 Qt::MiterJoin 风格，是将两个线条的外部边线进行扩展而相交，然后填充形成的三角形区域。
这 3 种风格对于宽度为 0 的线条没有作用，可以把很宽的线条看作一个矩形来理解这 3 种风格。

painter.setBrush(Qt::Dense4Pattern);
//绘制椭圆
painter.drawEllipse(QPoint(220, 20), 50, 50);
//定义四个点
QPointF points[4] = {
    QPointF(270.0, 80.0),
    QPointF(290.0, 10.0),
    QPointF(350.0, 30.0),
    QPointF(390.0, 70.0)
};
//使用 4 个点绘制多边形
painter.drawPolygon(points, 4);

运行如下：

1.1.2. 渐变填充

QGradient 类就是用来和 QBrush 一起指定渐变填充的。Qt 现在支持 3 种类型的渐变填充：

• 线性渐变（linear gradient）：在开始点和结束点之间插入颜色；
• 辐射渐变（radial gradient）：在焦点和环绕它的圆环间插入颜色；
• 锥形渐变（Conical）：在圆心周围插入颜色。
  这 3 种渐变分别由 QGradient 的 3 个子类来表示，
  QLinearGradient 表示线性渐变，
  QRadialGradient 表示辐射渐变，
  QConicalGradient 表示锥形渐变。
  渐变只是更细腻的显示效果的提升，我们暂时先就不详细讨论了。后面有用到我们在研究。

2. Qt 坐标系统

Qt 的坐标系统是由QPainter类控制的，而QPainter是在绘图设备上进行绘制的。 一个绘图设备的默认坐标系统中，原点(0,0)在其左上角，x 坐标向右增长，y 坐标向下增长。在基于像素的设备上，默认的单位是一个像素，而在打印机上默认的单位是一个点(1/72英寸)。
QPainter的逻辑坐标与绘图设备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默认是一致的。QPainter也支持坐标变换(比如旋转和缩放)。
本节的内容可以在帮助中通过Coordinate System关键字查看。

2.1. 坐标变换

1. 基本变换

默认的，QPainter在相关设备的坐标系统上进行操作，但是它也完全支持仿射(af-fine)坐标变换(仿射变换的具体概念可以查看其他资料)。
绘图时可以使用QPainter::scale()函数缩放坐标系统，
使用QPainter::rotate()函数顺时针旋转坐标系统，
使用QPainter::translate()函数平移坐标系统，
还可以使用QPainter::shear()围绕原点来扭曲坐标系统。
坐标系统的2D变换由 QTransform类实现，可以使用前面提到的那些便捷函数进行坐标系统变换，当然也可以通过QTransform类实现，而且QTransform类对象可以存储多个变换操作；
当同样的变换要多次使用时，建议使用QTransform类对象。坐标系统的变换是通过变换矩阵实现的，可以在平面上变换一个点到另一个点。
进行所有变换操作的变换矩阵都可以使用QPainter::worldTransform()函数获得；如果要设置一个变换矩阵，可以使用QPainter::setWorldTransform()函数。这两个函数也可以分别使用QPainter::transform()和QPainter::setTransform()函数来代替。

在进行变换操作时，可能需要多次改变坐标系统，然后再恢复，这样编码会很乱，而且很容易出现操作错误。这时可以使用QPainter::save()函数来保存QPainter的变换矩阵，它会把变换矩阵保存到一个内部栈中，需要恢复变换矩阵时再使用QPainter::restore()函数将其弹出。

2. 窗口-视口转换
   使用QPainter进行绘制时，会使用逻辑坐标进行绘制，然后再转换为绘图设备的物理坐标。
   逻辑坐标到物理坐标的映射由QPainter的worldTransform()函数、QPainter的viewport()以及window()函数进行处理。
   其中，视口(viewport)表示物理坐标下指定的一个任意矩形，而窗口(window,与以前讲的窗口部件的概念不同)表示逻辑坐标下的相同矩形。
   默认的，逻辑坐标和物理坐标是重合的，它们都相当于绘图设备上的矩形。
   使用窗口-视口转换可以使逻辑坐标系统适合应用要求，这个机制也可以用来让绘图代码独立于绘图设备。
   例如，可以使用下面的代码来使逻辑坐标以(-50,-50)为原点，宽为100,高为100,(0,0)点为中心：

QPainter painter(this);
painter.setWindow(QRect(-50,-50,100.100));

现在逻辑坐标的(-50,—50)对应绘图设备的物理坐标的(0,0)点。
这样就可以独立于绘图设备，使绘图代码在指定的逻辑坐标上进行操作了。
当设置窗口或者视口矩形时，实际上是执行了坐标的一个线性变换，窗口的4个角会映射到视口对应的4个角，反之亦然。
因此，一个很好的办法是让视口和窗口维持相同的宽高比来防止变形：

int side=qMin(width(),height());
int x=(width()-side/2);   
int y=(height()-side/2);
painter.setViewport(x,y,side,side);

如果设置了逻辑坐标系统为一个正方形，那么也需要使用QPainter::setViewport()函数设置视口为正方形，
例如，这里将视口设置为适合绘图设备矩形的最大矩形。在设置窗口或视口时考虑到绘图设备的大小，就可以使绘图代码独立于绘图设备。
窗口-视口转换仅仅是线性变换，不会执行裁减操作。
这就意味着如果绘制范围超出了当前设置的窗口，那么仍然会使用相同的线性代数方法将绘制变换到视口上。
绘制过程中先使用坐标矩阵进行变换，再使用窗口-视口转换。

3. 代码演示

前面讲到的知识可能不是很容易理解，下面通过实际的程序来进一步讲解这些知识点。

新建QWidget类型项目，mytransformation，重写paintEvent函数

void Widget::paintEvent(QPaintEvent* event)
{
    QPainter painter(this);
    //填充界面背景为白色
    painter.fillRect(rect(),Qt::white);
    painter.setPen(QPen(Qt::red,10));
    //绘制一条线段
    painter.drawLine(QPoint(0,0),QPoint(100,100));
    //将坐标系统进行平移，使(200,150)点作为原点
    painter.translate(200,150);
    //开启抗锯齿
    painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
    //重新绘制相同的线段
    painter.drawLine(QPoint(0,0),QPoint(100,100));
}

这里先绘制了一条线段，然后使用translate()函数改变了坐标原点，并重新绘制了前面的线段，该函数的两个参数分别为水平方向和垂直方向的偏移值。
因为现在的坐标原点已经改变，也就是说会以(200,150)作为新的原点(0,0),所以两条线段并不会重合。
而且在绘制第二条线段时使用了抗锯齿，所以可以看出它比第一条线段要平滑许多。
在程序中，要想将坐标原点再还原回去，可以进行反向平移，即使用translate
(-200,-150)。

下面继续在paintEvent()函数中添加如下代码：

 //保存painter的状态
    painter.save();
    //将坐标系统旋转90度
    painter.rotate(90);
    painter.setPen(QPen(Qt::cyan,11));
    //重新绘制相同的线段
    painter.drawLine(QPoint(5,6),QPoint(100,99));
    //恢复painter的状态
    painter.restore();

这里先使用save()函数保存了painter的当前状态，然后将坐标系统进行旋转并绘制了同以前一样的线段；

不过，因为坐标系统已经旋转了，所以这条线段也不会和前面的线段重合。
这里的rotate()函数会以原点为中心进行旋转，其参数为旋转的角度，正数为顺时针旋转，负数为逆时针旋转。
最后使用restore()函数恢复了painter以前的状态，就是恢复到了旋转以前的坐标系统和画笔颜色。
可以运行程序查看效果。

下面继续在paintEvent()函数中添加代码：

    painter.setBrush(Qt::darkGreen); //绘制一个矩形
    painter.drawRect(-50,-50,100,100);
    painter.save();
    //将坐标系统进行缩放
    painter.scale(0.5,0.2);
    painter.setBrush(Qt::yellow); //重新绘制相同的矩形
    painter.drawRect(-50,-50,100,100);
    painter.restore();

这里先绘制了一个矩形，然后将坐标系统进行缩放并绘制了相同的矩形，
因为坐标系统已经改变，所以两个矩形不会重合。
这里scale()函数的两个参数分别为水平方向和垂直方向缩放的倍数。

继续在paintEvent()函数中添加代码：

    painter.setPen(Qt::blue);
    painter.setBrush(Qt::darkYellow); //绘制一个椭圆
    painter.drawEllipse(QRect(60,-100,50,50)); //将坐标系统进行扭曲
    painter.shear(1.5,-0.7);
    painter.setBrush(Qt::darkGray); //重新绘制相同的椭圆
    painter.drawEllipse(QRect(60,-100,50,50));

这里先绘制了一个椭圆，然后将坐标系统进行扭曲并绘制了相同的椭圆，
因为坐标系统已经改变，所以两个椭圆不会重合。
这里shear()函数的两个参数分别为水平方向和垂直方向的扭曲值，其值为0时表示不进行扭曲。
运行程序，效果如图:

通过上面的例子，我们基本能了解这四个函数的用法，前3个在以后的绘图程序中比较常用的。
QPainter::scale()函数缩放坐标系统，
QPainter::rotate()函数顺时针旋转坐标系统，
QPainter::translate()函数平移坐标系统，
QPainter::shear()围绕原点来扭曲坐标系统。

下面来看一下窗口-视口转换的内容，先将前面paintEvent()函数中的所有内容都删除或注释掉，然后更改如下：

    QPainter painter(this);
    painter.setWindow(-50,-50,100,100);
    painter.setBrush(Qt::green);
    painter.drawRect(0,0,20,20);

这里先使用setWindow()函数将逻辑坐标矩形设置为以(-50,-50)为起点，宽100,高100。
这样逻辑坐标的(-50,-50)点就会对应物理坐标的(0,0)点，因为这里是在this(即Widget部件上)进行绘图，所以Widget就是绘图设备。
也就是说，现在逻辑坐标的(-50,-50)点对应界面左上角的(0,0)点。
而且，因为逻辑坐标矩形宽为100、高为100,所以界面的宽度和高度都会被100等分。
下面在界面上显示出物理坐标，从而帮助我们理解。
在widget.h文件的protected域中声明鼠标移动事件处理函数：
void mouseMoveEvent(QMouseEvent*event);

widget.cpp文件中，实现：

void Widget::mouseMoveEvent(QMouseEvent*event)
{
    QString pos =QString("%1,%2").arg(event->pos().x()).arg(event->pos().y());
    QToolTip::showText(event->globalPos(),pos,this);
}

这里先获取了鼠标指针在Widget上的坐标(即物理坐标),然后在工具提示中进行显示。
现在运行程序可以看到，在(0,0)点绘制的矩形实际在(400,300)点，而矩形的宽和高也不再是20,而变为了160和120。
为什么会出现这样的问题呢?前面已经讲过，更改逻辑坐标或者物理坐标的矩形就是进行坐标的一个线性变换，逻辑坐标矩形的4个角会映射到对应物理坐标矩形的4个角。而现在Widget部件的大小为宽800、高600,所以物理坐标对应的矩形就是(0,0,800,600)。

这样按比例对应，就是在水平方向，逻辑坐标的一个单位对应物理坐标的8个单位；在垂直方向，逻辑坐标的一个单位对应物理坐标的6个单位。
所以，逻辑坐标中的宽20、高20的矩形在物理坐标中就是宽160、高120的矩形。
可以看到，设置的矩形已经发生了变形，由设置的正方形变成了一个长方形。为了防止变形，需要将视口的宽和高的对应比例设置为相同值，因为逻辑坐标的矩形设置为了一个正方形，所以视口(即物理坐标矩形)也应该设置为一个正方形，更改paintEvent()函数如下：

    QPainter painter(this);
    int side =qMin(width(),height());
    int x =(width()/2);
    int y =(height()/2);
    //设置视口
    painter.setViewport(x,y,side,side);
    painter.setWindow(0,0,100,100);
    painter.setBrush(Qt::green);
    painter.drawRect(0,0,20,20);

这样绘制出来的矩形就是正方形了。
可以根据自己的想法继续更改代码，深入研究一下逻辑坐标矩形、物理坐标矩形和绘图设备矩形之间的关系。

inter painter(this);
    int side =qMin(width(),height());
    int x =(width()/2);
    int y =(height()/2);
    //设置视口
    painter.setViewport(x,y,side,side);
    painter.setWindow(0,0,100,100);
    painter.setBrush(Qt::green);
    painter.drawRect(0,0,20,20);

这样绘制出来的矩形就是正方形了。
可以根据自己的想法继续更改代码，深入研究一下逻辑坐标矩形、物理坐标矩形和绘图设备矩形之间的关系。