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从零开始学Qt(59):一文读懂坐标变换

haoteby 2025-02-14 23:21 8 浏览

QPainter在窗口上绘图的默认坐标系统如图所示,这是绘图设备的物理坐标。为了绘图的方便,QPainter提供了一些坐标变换的功能,通过平移、旋转等坐标变换,得到一个逻辑坐标 系统,使用逻辑坐标系统在某些时候绘图更方便。坐标变换函数如下。

  • void translate(qreal dx, qreal dy) 坐标系统平移一定的偏移量,坐标原点平移到新的点
  • void rotate(qreal angle) 坐标系统顺时针旋转一个角度
  • void scale(qreal sx, qreal sy) 坐标系统缩放
  • void shear(qreal sh, qreal sv) 坐标系统做扭转变换
  • void save() 保存painter当前的状态,就是将当前状态压入堆栈
  • void restore() 恢复上一次状态,就是从堆栈中弹出上次的状态
  • void resetTransform() 复位所有的坐标变换

常用的坐标变换是平移、旋转和缩放,使用世界坐标变换矩阵也可以实现这些变换功能,但 是需要单独定义一个QTransform类的变量,对于QPainter来说,简单的坐标变换使用QPainter自有的坐标变换函数就足够了。

坐标平移

坐标平移函数是translate(),其中一种参数形式的函数原型是:

void translate(qreal dx, qreal dy)

表示将坐标系统水平方向平移dx个单位,垂直方向平移dy个单位,在缺省的坐标系统中,单位就是像素。如果是从原始状态平移(dx,dy),那么平移后的坐标原点就移到了(dx,dy)。将坐标原点变换到窗口中心在绘制某些图形时是非常方便的。

坐标旋转

坐标旋转的函数是rotate(),其函数原型为:

void rotate(qreal angle)

它是将坐标系统绕坐标原点顺时针旋转angle角度,单位是度。当angle为正数时是顺时针旋转,为负数时是逆时针旋转。

注意旋转之后并不改变窗口矩形的实际大小,只是改变了坐标轴的方向。

缩放

缩放函数是scaled其函数原型为:

void scale(qreal sx, qreal sy)

其中,sx,sy分别为横向和纵向缩放比例,比例大于1是放大,小于1是缩小。

状态保存与恢复

进行坐标变换时,QPainter内部实际上有一个坐标变换矩阵,用save()保存当前坐标状态,用 restore恢复上次保存的坐标状态,这两个函数必须配对使用,操作的是一个堆栈对象。 resetTransform()函数则是复位所有坐标变换操作,恢复原始的坐标系统。

坐标变换绘图实例

绘制3个五角星的程序。创建一个基于QWidget的窗口的应用程序,窗体上不放置任何组件。在Widget类的构造函数和paintEvent()事件中编写代码,代码内容如下。

Widget::Widget(QWidget *parent)
: QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{
  ui->setupUi(this);
  setPalette(QPalette(Qt::white) ) ; //设置窗口背景色
  setAutoFillBackground(true);
  resize (600,300) ;//固定初始化窗口大小
}
void Widget::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
  QPainter painter(this);
  painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing);
  painter.setRenderHint(QPainter::TextAntialiasing);
  //生成五角星的5个顶点的坐标,假设原点在五角星中心
  qreal R=100; //半径
  const qreal Pi=3.14159;
  qreal deg=Pi*72/180;
  QPoint points[5]={
    QPoint(R,0),
    QPoint(R*qCos(deg),-R*qSin(deg)),
    QPoint(R*qCos(2*deg),-R*qSin(2*deg)),
    QPoint(R*qCos(3*deg),-R*qSin(3*deg)),
    QPoint(R*qCos(4*deg),-R*qSin(4*deg)),
  };
  //设置字体
  QFont font;
  font.setPointSize(12);
  font.setBold(true);
  painter.setFont(font);
  //设置画笔
  QPen penLine;
  penLine.setWidth(2) ; //线宽
  penLine.setColor(Qt::blue) ; //划线颜色
  penLine.setStyle (Qt::SolidLine) ;//线的类型
  penLine.setCapStyle(Qt::FlatCap) ;//线端点样式
  penLine.setJoinStyle(Qt::BevelJoin) ;//线的连接点样式
  painter.setPen(penLine);
  //设置画刷
  QBrush brush;
  brush.setColor(Qt::yellow) ; //画刷颜色
  brush.setStyle(Qt::SolidPattern) ; //画刷填充样式
  painter.setBrush(brush);
  //设计绘制五角星的PainterPath,以便重复使用
  QPainterPath starPath;
  starPath.moveTo(points[0]);
  starPath.lineTo(points[2]);
  starPath.lineTo(points[4]);
  starPath.lineTo(points[1]);
  starPath.lineTo(points[3]);
  starPath.closeSubpath(); //闭合路径,最后一个点与第一个点相连
  starPath.addText(points[0], font, "0"); //显示端点编号
  starPath.addText(points[1], font, "1");
  starPath.addText(points[2], font, "2");
  starPath.addText(points[3], font, "3");
  starPath.addText(points[4], font, "4");
  //绘图
  painter.save();//保存坐标状态
  painter.translate(100, 120);//平移
  painter.drawPath(starPath); //画星星
  painter.drawText(0,0,"S1");
  painter.restore();//恢复坐标状态
  painter.translate (300, 120) ; //平移
  painter.scale(0.8,0.8); //缩放
  painter.rotate(90) ;//顺时针旋转 90 度
  painter.drawPath(starPath);//画星星
  painter.drawText(0,0,"S2");
  painter.resetTransform();//复位所有坐标变换
  painter.translate(500, 120); //平移
  painter.rotate(-145) ;//逆时针旋转 145 度
  painter.drawPath(starPath) ;//画星星
  painter.drawText(0,0,"S3");
}

运行该实例程序,得到如图所示的结果,在窗口上绘制了 3个五角星。

第1个是原始的五角星;第2个是缩小为0.8倍,顺时针旋转90度的五角星;第3个是逆时针旋转145度的五角星。

这个程序中使用到了 QPainterPath和QPainter的坐标变换功能。说明如下。

首先假设一个五角星的中心点是原点,第0个点在X轴上,五角星外接圆半径为100,计算 出5个点的坐标,保存在points数组中。

然后定义了一个QPainterPath类的变量starPath,用于记录画五角星的过程,就是几个点的连线过程,并且标注点的编号。使用QPainterPath的优点就是定义一个QPainterPath类型的变量记录一个复杂图形的绘制过程后,可以重复使用。虽然points数组中的点的坐标是假设五角星的中心点是原点,在绘制不同的五角星时只需将坐标平移到新的原点位置,就可以绘制不同的五角星。

绘制第1个五角星的程序是:

painter.save();//保存坐标状态
painter.translate(100, 120);//平移
painter.drawPath(starPath); //画星星
painter.drawText(0,0,"S1");
painter.restore();//恢复坐标状态

这里,save()函数保存当前坐标状态(也就是坐标的原始状态),然后将坐标原点平移到(100,120), 调用绘制路径的函数drawPath(starPath)绘制五角星,在五角星的中心标注“S1”表示第1个五角星,最后调用restore()函数恢复上次的坐标状态。这样就以(100,120)为中心点绘制了第1个五角星。

绘制第2个五角星的程序是:

painter.translate (300, 120) ; //平移
painter.scale(0.8,0.8); //缩放
painter.rotate(90) ;//顺时针旋转 90 度
painter.drawPath(starPath);//画星星
painter.drawText(0,0,"S2");
painter.resetTransform();//复位所有坐标变换

这里首先调用坐标平移函数translate(300,120)。由于上次restore()之后回到坐标初始状态,所以这次平移后,坐标原点到了物理坐标(300,120)。而如果没有上一个restore(),会在上一次的坐标基础上平移。

绘图之前调用了缩放函数scale(0.8, 0.8),使得缩小到原来的0.8,再顺时针旋转90°,然后调用绘制路径函数drawPath(starPath)绘制五角星,就得到了第2个五角星。

绘制第3个五角星时首先使坐标复位,即:

painter. resetTransform();//复位所有坐标变换

这样会复位所有坐标变换,又回到了原始坐标。

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