QT绘制B样条曲线
² 贝塞尔曲线
贝塞尔曲线是通过一组多边折线的各顶点来定义。在各顶点中,曲线经过第一点和最后一点,其余各点则定义曲线的导数、阶次和形状。第一条和最后一条则表示曲线起点和终点的切线方向。
² B样条曲线
针对贝塞尔曲线存在的一些缺点,数学家们提出了B样条方法,在保留贝塞尔全部优点的同时,克服可贝塞尔方法的弱点。
1) 二次B样条曲线
2) 三次B样条曲线
QT中的QPainter提供了绘制贝塞尔曲线的相关API:
void QPainterPath::quadTo(const QPointF &c, const QPointF &endPoint)
void QPainterPath::cubicTo(const QPointF &c1, const QPointF &c2, const QPointF &endPoint)
void QPainter::drawPath(const QPainterPath &path)
Widget.h
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///////////////////////////////////////////////////////////// /// @file Widget.h /// @brief 绘制B样条曲线Widget类 /// /// 通过鼠标点击来绘制B样条曲线 /// @author Michael Joessy /// @date 2019-07-02 ///////////////////////////////////////////////////////////// #ifndef WIDGET_H #define WIDGET_H #include <QWidget> #include <QVector> class Widget : public QWidget { Q_OBJECT public: Widget(QWidget *parent = nullptr); ~Widget(); protected: virtual void mousePressEvent(QMouseEvent *event); virtual void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event); virtual void mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event); virtual void mouseMoveEvent(QMouseEvent *event); virtual void paintEvent(QPaintEvent *event); private: void drawSpline(); qreal N(int k, int i, qreal u); qreal N1(int i, qreal u); qreal N2(int i, qreal u); qreal N3(int i, qreal u); private: QVector<QPointF> m_ctrlPoints; // 控制点 QVector<QPointF> m_curvePoints; // 曲线上的点 }; #endif // WIDGET_H |
Widget.pp
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#include “Widget.h” #include <QMouseEvent> #include <QPainter> #include <cmath> Widget::Widget(QWidget *parent) Widget::~Widget() } void Widget::mousePressEvent(QMouseEvent *event){ // 单击鼠标左键获取控制点 if (event->buttons() == Qt::LeftButton){ m_ctrlPoints.push_back(event->pos()); } // 单击鼠标右键清空控制点 else if (event->buttons() == Qt::RightButton) { m_ctrlPoints.clear(); } update(); } void Widget::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event) { } void Widget::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event){ } void Widget::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event){ } void Widget::paintEvent(QPaintEvent *event){ drawSpline(); } void Widget::drawSpline() { QPainter painter(this); int currentK = 3; // 阶数 m_curvePoints.clear(); for (qreal u = currentK; u < m_ctrlPoints.size(); u += 0.01){ QPointF pt(0.0, 0.0); for (int i = 0; i < m_ctrlPoints.size(); ++i){ QPointF pts = m_ctrlPoints[i]; pts *= N(currentK, i, u); pt += pts; } m_curvePoints.push_back(pt); } // draw control points QPen ctrlPen1(QColor(0, 0, 255)); ctrlPen1.setWidth(5); painter.setPen(ctrlPen1); for (int i = 0; i < m_ctrlPoints.size(); ++i){ painter.drawPoint(m_ctrlPoints[i]); } // draw control lines QPen ctrlPen2(QColor(255, 0, 0)); ctrlPen2.setWidth(1); ctrlPen2.setStyle(Qt::DashDotDotLine); painter.setPen(ctrlPen2); for (int i = 0; i < m_ctrlPoints.size() – 1; ++i){ painter.drawLine(m_ctrlPoints[i], m_ctrlPoints[i + 1]); } // draw spline curve QPen curvePen(QColor(0, 0, 0)); curvePen.setWidth(2); painter.setPen(curvePen); for (int i = 0; i < m_curvePoints.size() – 1; ++i){ painter.drawLine(m_curvePoints[i], m_curvePoints[i + 1]); } } qreal Widget::N( int k, int i, qreal u){ switch (k) { case 1: return N1(i, u); case 2: return N2(i, u); case 3: return N3(i, u); default: break; } } qreal Widget::N1( int i, qreal u){ qreal t = u – i; if (0 <= t && t < 1){ return t; } if (1 <= t && t < 2){ return 2 – t; } return 0; } qreal Widget::N2( int i, qreal u){ qreal t = u – i; if (0 <= t && t < 1){ return 0.5 * t * t; } if (1 <= t && t < 2){ return 3 * t – t * t –1.5; } if (2 <= t && t < 3){ return 0.5 * pow(3 – t, 2); } return 0; } qreal Widget::N3( int i, qreal u){ qreal t = u – i; qreal a = 1.0 / 6.0; if (0 <= t && t < 1){ return a * t * t * t; } if (1 <= t && t < 2){ return a * (-3 * pow(t – 1, 3) + 3 * pow(t – 1, 2) + 3 * (t – 1) + 1); } if (2 <= t && t < 3){ return a * (3 * pow(t – 2, 3) – 6 * pow(t – 2, 2) + 4); } if (3 <= t && t < 4){ return a * pow(4 – t, 3); } return 0; } |
上述算法有点简单,https://github.com/vkorchagin/animated-b-spline提供了比较好的算法例子,值得参考。
给定B样条曲线的控制点。 这些点在屏幕上移动,从而使样条动画。
B样条通过de Boor算法转换为合成Bezier曲线。 贝塞尔曲线用de Casteljau算法进行插值。
特征:
添加和删除控制点。
通过de Casteljau算法更改插值质量。
切换抗锯齿。
不断变化的动画速度。
切换可见点和线。