Qt开发技术：Q3D图表开发笔记（三）：Q3DSurface三维曲面图介绍、Demo以及代码详解

前言

  qt提供了q3d进行三维开发，虽然这个框架没有得到大量运用也不是那么成功，性能上也有很大的欠缺，但是普通的点到为止的应用展示还是可以的。
  其中就包括华丽绚烂的三维图表，数据量不大的时候是可以使用的。
  前面介绍了基础的q3d散点图、柱状图，本篇介绍基础的三维曲面图。

 

Demo：Q3DSurface散点图演示效果

  
  
  

 

Q3D提供的三维图表

  依赖QtDataVisualization。在安装qt的时候要选择安装QtDataVisualization模块。

Q3DScatter散点图

  Q3D的散点图，性能大约支撑1000个点可以不卡顿，具体依赖pc，1000个点是什么 概念，可以理解为：10x10x10的区域，每个区域一个数据点。
  

Q3DBars柱状图

  Q3D的柱状图，性能跟散点图类似。
   

Q3DSurface平面凹凸图，平面纹理图，平面曲线图

  Q3D的柱状图，性能跟散点图类似。
  

 

Q3DSurface平面曲线图

简介

  Q3DSurface类提供了渲染3D曲面图的方法。该类使开发人员能够渲染3D表面图，并通过自由旋转场景来查看它们。可以通过QSurface3DSeries控制曲面的视觉财产，例如绘制模式和着色。
  Q3DSurface通过在用户用鼠标左键点击的数据点上显示高亮显示的球（当使用默认输入处理程序时）或通过QSurface3DSeries进行选择来支持选择。选择指针附带一个标签，在默认情况下，该标签显示数据点的值和点的坐标。
轴上显示的值范围和标签格式可以通过QValue3DAxis进行控制。
  要旋转图形，请按住鼠标右键并移动鼠标。缩放是使用鼠标滚轮完成的。两者都假设默认的输入处理程序正在使用中。
  如果没有将任何轴明确设置为Q3DSurface，则会创建不带标签的临时默认轴。这些默认轴可以通过轴访问器进行修改，但只要明确设置了方向的任何轴，该方向的默认轴就会被破坏。

构造最小Q3D平面曲线图

  首先，构造Q3D曲面。由于在本例中，我们将图形作为顶级窗口运行，因此需要清除Qt::FramelessWindowHint标志，该标志在默认情况下设置：

Q3DSurface surface; 
surface.setFlags(surface.flags() ^ Qt::FramelessWindowHint);

  现在Q3DSurface已准备好接收要渲染的数据。创建数据元素以接收值：

QSurfaceDataArray *data = new QSurfaceDataArray;
QSurfaceDataRow *dataRow1 = new QSurfaceDataRow;
QSurfaceDataRow *dataRow2 = new QSurfaceDataRow;

  首先将数据喂给行元素，然后将它们的指针添加到数据元素：

*dataRow1 << QVector3D(0.0f, 0.1f, 0.5f) << QVector3D(1.0f, 0.5f, 0.5f);
*dataRow2 << QVector3D(0.0f, 1.8f, 1.0f) << QVector3D(1.0f, 1.2f, 1.0f);
*data << dataRow1 << dataRow2;、

  创建新系列并为其设置数据：

QSurface3DSeries *series = new QSurface3DSeries;
series->dataProxy()->resetArray(data);   
surface.addSeries(series);

  最后，设置为可见：

surface.show();

  创建和显示此图所需的完整代码为：

#include <QtDataVisualization>
using namespace QtDataVisualization;
int main(int argc, char **argv)
{
    QGuiApplication app(argc, argv);

    Q3DSurface surface;
    surface.setFlags(surface.flags() ^ Qt::FramelessWindowHint);
    QSurfaceDataArray *data = new QSurfaceDataArray;
    QSurfaceDataRow *dataRow1 = new QSurfaceDataRow;
    QSurfaceDataRow *dataRow2 = new QSurfaceDataRow;

    *dataRow1 << QVector3D(0.0f, 0.1f, 0.5f) << QVector3D(1.0f, 0.5f, 0.5f);
    *dataRow2 << QVector3D(0.0f, 1.8f, 1.0f) << QVector3D(1.0f, 1.2f, 1.0f);
    *data << dataRow1 << dataRow2;

    QSurface3DSeries *series = new QSurface3DSeries;
    series->dataProxy()->resetArray(data);
    surface.addSeries(series);
    surface.show();

    return app.exec();
}

  运行效果：
  

  场景可以被旋转、放大，并且可以选择一个项目来查看其位置，但在这个最小的代码示例中不包括其他交互。

 

Q3Ddemo构建流程解析

步骤一：确认安装QtDataVisualization模块

  如何确认，则是在帮助文件中查看是否有Q3dscatter类。一般是安装了模块才会有对应的帮助文件。没有则重新安装qt或者单独安装该模块。
  

步骤二：工程配置文件中加入模块

  Q3d是在数据可视化模块中，需要在pro或者pri配置文件中添加。

QT += datavisualization

  

步骤三：添加使用到的头文件

  使用到Q3DBar相关类中添加头文件，主要使用到Q3DBar、QBar3DSeries、QBarDataRow等等。

#include <Q3DBars>
#include <Q3DTheme>
#include <QBar3DSeries>
#include <QVector3D>

  

步骤四：添加命名空间

  这时候还是无法使用对应的类，需要添加命名空间才行：

using namespace QtDataVisualization;

  

步骤五：Q3D的图标基础构建框架

  下面是包含注释的Q3DSurface基础构建流程（注意轴的显示，查看末尾“入坑一”，注意数据的成面规则，查看“入坑二”

_pQ3DSurface = new Q3DSurface();
_pContainer = QWidget::createWindowContainer(_pQ3DSurface, this);
// 设置轴文本
{
    // 注意笛卡尔坐标
    _pQ3DSurface->axisX()->setTitle("经度(°)");
    _pQ3DSurface->axisX()->setTitleVisible(true);
    _pQ3DSurface->axisY()->setTitle("高度(m)");
    _pQ3DSurface->axisY()->setTitleVisible(true);
    _pQ3DSurface->axisZ()->setTitle("纬度(°)");
    _pQ3DSurface->axisZ()->setTitleVisible(true);
}
// 设置轴范围
{
    // 注意笛卡尔坐标
    _pQ3DSurface->axisX()->setRange(0, 359);
    _pQ3DSurface->axisY()->setRange(0, 100);
    _pQ3DSurface->axisZ()->setRange(0, 359);
}

// 生成一个曲线
_pSurface3DSeries = new QSurface3DSeries(_pQ3DSurface);
// 设置渲染平滑
_pSurface3DSeries->setMeshSmooth(true);
// 设置渲染模式
//   DrawWireframe           : 绘制栅格
//   DrawSurface             : 绘制表面
//   DrawSurfaceAndWireframe : 绘制栅格和图表面
_pSurface3DSeries->setDrawMode(QSurface3DSeries::DrawSurface);

// 视图添加该曲线
_pQ3DSurface->addSeries(_pSurface3DSeries);
// 设置阴影质量
_pQ3DSurface->setShadowQuality(QAbstract3DGraph::ShadowQualitySoftLow);
// 设置视角
_pQ3DSurface->scene()->activeCamera()->setCameraPreset(Q3DCamera::CameraPresetIsometricLeft);
// 设置子网格
_pQ3DSurface->activeTheme()->setGridEnabled(true);

#if 1
// 添加模拟数据
QSurfaceDataArray *pSurfaceDataArray = new QSurfaceDataArray;
#if 1

#if 1
// 这是 z 纬度
for(int n = 0; n < 360; n++)
{
    QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow  = new QSurfaceDataRow;
    // 这是 x 经度
    for(int m = 0; m < 360; m++)
    {
       // 注意与笛卡尔坐标进行映射
       *pSurfaceDataRow << QVector3D(m, n / 7 + m / 7, n);
    }
    *pSurfaceDataArray << pSurfaceDataRow;
}
#else
for(int n = 0; n < 360; n++)
{
    QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow  = new QSurfaceDataRow;
    // 这是 x 经度
    for(int m = 0; m < 360; m++)
    {
       // 注意与笛卡尔坐标进行映射
       *pSurfaceDataRow << QVector3D(m, qrand() % 100, n);
       LOG << n << m;
    }
    *pSurfaceDataArray << pSurfaceDataRow;
}
#endif
#else
QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow1  = new QSurfaceDataRow;
QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow2  = new QSurfaceDataRow;
QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow3  = new QSurfaceDataRow;
// 行与行之间，要形成一个四点成面
*pSurfaceDataRow1 << QVector3D(0, 0, 0)  << QVector3D(359, 20, 0);
*pSurfaceDataRow2 << QVector3D(50, 20, 179)  << QVector3D(359, 40, 179);
*pSurfaceDataRow3 << QVector3D(100, 80, 359)  << QVector3D(359, 100, 359);
*pSurfaceDataArray << pSurfaceDataRow1 << pSurfaceDataRow2 << pSurfaceDataRow3;
#endif
// 添加数据(自动冲掉之前的数据)
_pSurface3DSeries->dataProxy()->resetArray(pSurfaceDataArray);
#endif
_pQ3DSurface->addSeries(_pSurface3DSeries);
_pQ3DSurface->show();

 

Demo源码

Q3dSurfaceWidget.h

#ifndef Q3DSURFACEWIDGET_H
#define Q3DSURFACEWIDGET_H

#include <QWidget>
#include <Q3DSurface>
#include <Q3DTheme>
#include <QSurface3DSeries>
#include <QVector3D>


using namespace QtDataVisualization;

namespace Ui {
class Q3dSurfaceWidget;
}

class Q3dSurfaceWidget : public QWidget
{
    Q_OBJECT

public:
    explicit Q3dSurfaceWidget(QWidget *parent = 0);
    ~Q3dSurfaceWidget();

protected:
    void initControl();


protected:
    void resizeEvent(QResizeEvent *event);

private:
    Ui::Q3dSurfaceWidget *ui;

private:
    Q3DSurface *_pQ3DSurface;          // q3d平面曲线图
    QWidget *_pContainer;           // q3d窗口容器
    QSurface3DSeries  *_pSurface3DSeries ;    // q3d柱状图数据
};

#endif // Q3DSURFACEWIDGET_H

Q3dSurfaceWidget.cpp

#include "Q3dSurfaceWidget.h"
#include "ui_Q3dSurfaceWidget.h"
#include <Q3DTheme>


#include <QDebug>
#include <QDateTime>
//#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__
//#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<__FUNCTION__
//#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<QThread()::currentThread()
//#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd")
#define LOG qDebug()<<__FILE__<<__LINE__<<QDateTime::currentDateTime().toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss:zzz")

Q3dSurfaceWidget::Q3dSurfaceWidget(QWidget *parent) :
    QWidget(parent),
    ui(new Ui::Q3dSurfaceWidget),
    _pQ3DSurface(0),
    _pContainer(0),
    _pSurface3DSeries(0)
{
    ui->setupUi(this);

    QString version = "v1.0.0";

    initControl();
}

Q3dSurfaceWidget::~Q3dSurfaceWidget()
{
    delete ui;
}


void Q3dSurfaceWidget::initControl()
{
    _pQ3DSurface = new Q3DSurface();
    _pContainer = QWidget::createWindowContainer(_pQ3DSurface, this);

    // 设置轴文本
    {
        // 注意笛卡尔坐标
        _pQ3DSurface->axisX()->setTitle("经度(°)");
        _pQ3DSurface->axisX()->setTitleVisible(true);
        _pQ3DSurface->axisY()->setTitle("高度(m)");
        _pQ3DSurface->axisY()->setTitleVisible(true);
        _pQ3DSurface->axisZ()->setTitle("纬度(°)");
        _pQ3DSurface->axisZ()->setTitleVisible(true);
    }
    // 设置轴范围
    {
        // 注意笛卡尔坐标
        _pQ3DSurface->axisX()->setRange(0, 359);
        _pQ3DSurface->axisY()->setRange(0, 100);
        _pQ3DSurface->axisZ()->setRange(0, 359);
    }

    // 生成一个曲线
    _pSurface3DSeries = new QSurface3DSeries(_pQ3DSurface);
    // 设置渲染平滑
    _pSurface3DSeries->setMeshSmooth(true);
    // 设置渲染模式
    //   DrawWireframe           : 绘制栅格
    //   DrawSurface             : 绘制表面
    //   DrawSurfaceAndWireframe : 绘制栅格和图表面
    _pSurface3DSeries->setDrawMode(QSurface3DSeries::DrawSurface);

    // 视图添加该曲线
    _pQ3DSurface->addSeries(_pSurface3DSeries);
    // 设置阴影质量
    _pQ3DSurface->setShadowQuality(QAbstract3DGraph::ShadowQualitySoftLow);
    // 设置视角
    _pQ3DSurface->scene()->activeCamera()->setCameraPreset(Q3DCamera::CameraPresetIsometricLeft);
    // 设置子网格
    _pQ3DSurface->activeTheme()->setGridEnabled(true);

#if 1
    // 添加模拟数据
    QSurfaceDataArray *pSurfaceDataArray = new QSurfaceDataArray;
#if 1

#if 1
    // 这是 z 纬度
    for(int n = 0; n < 360; n++)
    {
        QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow  = new QSurfaceDataRow;
        // 这是 x 经度
        for(int m = 0; m < 360; m++)
        {
           // 注意与笛卡尔坐标进行映射
           *pSurfaceDataRow << QVector3D(m, n / 7 + m / 7, n);
        }
        *pSurfaceDataArray << pSurfaceDataRow;
    }
#else
    for(int n = 0; n < 360; n++)
    {
        QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow  = new QSurfaceDataRow;
        // 这是 x 经度
        for(int m = 0; m < 360; m++)
        {

           // 注意与笛卡尔坐标进行映射
           *pSurfaceDataRow << QVector3D(m, qrand() % 100, n);
           LOG << n << m;
        }
        *pSurfaceDataArray << pSurfaceDataRow;
    }
#endif
#else
    QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow1  = new QSurfaceDataRow;
    QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow2  = new QSurfaceDataRow;
    QSurfaceDataRow *pSurfaceDataRow3  = new QSurfaceDataRow;
    // 行与行之间，要形成一个四点成面
    *pSurfaceDataRow1 << QVector3D(0, 0, 0)  << QVector3D(359, 20, 0);
    *pSurfaceDataRow2 << QVector3D(50, 20, 179)  << QVector3D(359, 40, 179);
    *pSurfaceDataRow3 << QVector3D(100, 80, 359)  << QVector3D(359, 100, 359);
    *pSurfaceDataArray << pSurfaceDataRow1 << pSurfaceDataRow2 << pSurfaceDataRow3;
#endif

    // 添加数据(自动冲掉之前的数据)
    _pSurface3DSeries->dataProxy()->resetArray(pSurfaceDataArray);

#endif
    _pQ3DSurface->addSeries(_pSurface3DSeries);
    _pQ3DSurface->show();

}

void Q3dSurfaceWidget::resizeEvent(QResizeEvent *event)
{
    if(_pContainer)
    {
        _pContainer->setGeometry(rect());
    }
}

 

工程模板v1.2.0

  

 

入坑

入坑一：xyz坐标系不对

问题

  x精度，y维度，z高度（海拔高度）映射错误
  

原因

  x，y，z实际是遵循笛卡尔坐标集

解决

  先理解坐标，然后z轴方向，数据也要替换（按照x，y，z来排列，改为x，z，y）
 &emso;

入坑二：曲面显示不对

问题

  数据显示映射错误

原因

  点成面，需要遵循4点成面的规则，和opengl相关3点成面和4点成面的原理类似。
  

  
  

解决

  相邻行与行之间，要形成面，修改后展示如下：