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Qt Graphics View框架概述

news 2025/8/10 14:44:12

Qt 的 Graphics View 框架由三类核心对象构成：场景(QGraphicsScene)、视图(QGraphicsView)和图形项(QGraphicsItem）。场景是一个不可见的二维绘图平面，用于管理大量图形项并负责事件分发和状态维护；视图是一个滚动窗口，用于可视化场景内容并处理输入事件；图形项是可绘制的几何元素，可响应鼠标/键盘等交互。在图形视图框架中，场景使用 BSP（二叉空间分区）树等索引算法来快速查找项，支持数百万级别的项查询；视图可关联一个或多个视口来观察同一场景（一个场景可设置多个视图实例）。

1. 基础入门与使用示例

1.1 设置 QGraphicsScene 和 QGraphicsView
使用 Graphics View 框架时，首先创建一个场景并向其中添加图形项，然后创建一个视图来显示该场景。例如：

QGraphicsScene scene;
scene.addText("Hello, world!");
QGraphicsView view(&scene);
view.show();

上述代码通过 scene.addText() 向场景中添加了一个文本项，随后构造了一个与场景关联的 QGraphicsView 并显示视图，注意 QGraphicsScene 本身不可见，它只管理项；要可视化场景，需要创建 QGraphicsView 小部件来承载场景。也可以调用诸如 scene.addRect(), addEllipse(), addPixmap() 等便利函数添加项，或者先 new 一个 QGraphicsItem 子类对象再调用 scene.addItem()。默认情况下，新添加项的局部坐标中心为 (0,0)，且其初始场景位置为 (0,0)。

1.2 添加 QGraphicsItem 并响应交互事件
除了使用内置项类（如 QGraphicsRectItem、QGraphicsEllipseItem、QGraphicsTextItem 等）外，还可以自定义 QGraphicsItem 子类，并在其中重写 boundingRect() 和 paint() 方法实现项的几何和绘制。在子类构造函数中，可以通过 setFlag() 启用交互特性，例如设置 ItemIsMovable 允许鼠标拖动移动项。示例：

class Node : public QGraphicsItem {
public:Node() {setFlag(ItemIsMovable);                // 允许拖动setFlag(ItemIsSelectable);             // 允许选中setCacheMode(DeviceCoordinateCache);   // 启用缓存加速}QRectF boundingRect() const override { /* 返回项包围矩形 */ }void paint(QPainter *p, const QStyleOptionGraphicsItem*, QWidget*) override {/* 绘制项内容 */}
};

上例中，ItemIsMovable 标志会使项支持被单击并拖动，Qt 的内部机制会在鼠标按下、移动事件中自动更新项的位置。其他常用标志如 ItemIsSelectable（支持框选或点击选择项）、ItemIsFocusable（允许获取键盘焦点）等。还可以通过重写鼠标事件（mousePressEvent(), mouseMoveEvent() 等）来定制交互逻辑。需要注意的是，视图会将鼠标和键盘事件转换为场景事件并传递给场景，再由场景分派给相应的项。例如，如果视图检测到用户点击了某项，框架会调用该项的 mousePressEvent()，由项自行处理移动、选中、更新自身绘制等操作。

1.3 坐标系统和视图控制（缩放、滚动）
Graphics View 使用三种坐标系：项坐标、场景坐标和视图坐标。项的所有几何（比如 boundingRect()、碰撞检测）均在项的局部坐标系中定义；项的位置 pos() 定义在其父坐标系（父项或场景坐标）中。视图坐标系以视图窗口左上角为原点，所有鼠标事件最初以视图坐标传入；可以使用 QGraphicsView::mapToScene() 和 mapFromScene() 在视图坐标和场景坐标之间映射点或矩形。视图本身提供仿射变换支持，通过 scale()、rotate() 等函数可以对场景内容进行缩放、旋转。例如，调用 view.scale(2,2) 可将视图放大 2 倍，从而实现缩放效果。在视图中也可调用 centerOn() 或 ensureVisible() 快速滚动到场景中的指定点或区域。默认情况下，QGraphicsView 是一个带滚动条的窗口，当场景尺寸大于视图时会自动显示滚动条。如果要控制可视化区域，可通过 view.setSceneRect() 明确设置场景矩形，QGraphicsView 会相应调整滚动条范围。

2. 框架架构原理

2.1 协作关系（Scene-View-Item）

QGraphicsScene 充当图形项的容器，负责管理所有项的位置、层次和状态，并在需要时向视图报告需要重绘的区域。场景维护项的选择与焦点状态（通过 scene->selectedItems()、scene->setFocusItem() 等接口），并在场景内容发生变化时发出 changed() 信号通知视图。QGraphicsView 将场景内容渲染到屏幕上，它可以与同一场景关联多个视口，用于从不同角度或大小观察相同数据。视图接收键鼠事件后会转换坐标并将事件转发给场景。QGraphicsItem 是场景中可见元素的基类，所有图形项都继承自它。框架提供了标准项（矩形、椭圆、文本、图像等），也可自定义项来实现特定形状。每个项都运行在自己的本地坐标系中，通过层叠的父子关系可以实现复杂组合结构。

2.2 事件传递机制与渲染流程

当视图捕获到鼠标或键盘事件时，它首先将事件坐标映射到场景坐标，并将事件发送给场景。QGraphicsScene 的 event() 函数再根据事件位置确定应该接收事件的顶层项，并调用该项的相应事件处理函数。例如，鼠标点击会最终调用项的 mousePressEvent()，选中可交互项后场景会更新其选择状态。键盘事件默认送至当前具有焦点的项。场景还支持鼠标悬停、拖放、触摸等事件的传播（需调用 setAcceptHoverEvents(true)、setAcceptTouchEvents(true) 才能接收）。

渲染方面，QGraphicsView 在绘制时调用每个可见项的 paint() 方法。绘制顺序先绘制父项再绘制子项，且可以通过 setZValue() 调整同级项的叠放顺序。若项未启用缓存（NoCache），每次重绘都会调用 paint()；启用 ItemCoordinateCache 或 DeviceCoordinateCache 后，项将先渲染到离屏缓存，再重复使用缓存。框架内部使用每个项的边界矩形（boundingRect()）进行剔除和重绘区域计算：场景构建索引时以此为依据，视图重绘时剔除不在视区的项，并决定需要重新组合的重绘区域。

3. 性能优化技巧

在大规模场景下，绘制性能可能成为瓶颈。典型策略包括：索引调整、缓存优化和渲染流程优化。

索引策略：默认场景使用 BSP 树来加速项查找，但在项数极多且位置信息不经常查询时，更新 BSP 树的开销很大。可调用 scene->setItemIndexMethod(QGraphicsScene::NoIndex) 禁用索引，以减少更新成本（此时场景会逐项遍历处理）。同时，务必使用 scene->setSceneRect() 设定场景边界，避免框架每次自动计算所有项的总体边界。
缓存模式：对静态或仅平移不变形的项，应启用缓存模式以加快重绘。指出，ItemCoordinateCache 在项的本地坐标系中缓存像素，而 DeviceCoordinateCache 则在设备坐标系缓存。通常，对于只会平移但不旋转/缩放的项，DeviceCoordinateCache 性能最好，且保证最高质量。启用缓存后，当项不发生变换时会直接复用缓存，从而大幅降低 paint() 调用次数。
视图优化：通过合理设置视图的更新模式（setViewportUpdateMode）、渲染提示（setRenderHints），可以减少不必要的重绘。例如，可禁用反锯齿(QPainter::Antialiasing)和其它昂贵的状态来提高速度。若需要极致性能，可考虑使用硬件加速：QGraphicsView 允许设置 OpenGL 视口，调用 view->setViewport(new QGLWidget) 即可让视图在 OpenGL 上下文中绘制。

4. 高级用法

自定义 QGraphicsItem 子类：编写自定义项时，应继承 QGraphicsItem 并实现其纯虚函数 boundingRect()（返回包围矩形）和 paint()（实际绘制）。例如，上述 Node 类通过重写这两个函数定义了项形状和外观。通过在构造函数中调用 setFlag() 设置 ItemIsMovable、ItemIsSelectable 等标志，可轻松启用拖拽和选择功能。如果需要项自身旋转或缩放，可在代码中调用 item->setRotation(angle) 或 setTransform()（QGraphicsItem 自带变换功能）。
嵌套视图与坐标变换：可以为同一场景创建多个视图实例，分别显示场景的不同部分或以不同变换观察场景。坐标变换方面，通过 QGraphicsView::mapToScene()/mapFromScene() 可以在视图坐标与场景坐标间互相转换；通过 QGraphicsItem::mapToScene(), mapToItem() 等函数可以在项与项或项与场景之间映射坐标。这些映射函数便于实现复杂交互：例如，将鼠标事件在视图中定位到场景中对应项，或确定某项在另一个视图中的位置。
动画与状态切换：Qt 提供了动画框架来驱动图形视图动画。在 Qt4 时可使用 QGraphicsItemAnimation 结合 QTimeLine 为项设置路径动画；在 Qt5/6 中，更推荐使用 QPropertyAnimation（或 QVariantAnimation 等）来为项的属性（如 pos、rotation、opacity 等）创建动画。例如，可对一个 QGraphicsObject 子类项的 pos 属性应用 QPropertyAnimation，在一定时间内平滑地改变其位置，或者在点击时触发状态切换动画。这样结合状态标志或属性改变，能够实现丰富的可视效果。