Qwt扩展之-数据拾取

Posted 2020-07-18 尘中远

在文章之前，首先看看这篇文章要实现的效果：

数据拾取就是在鼠标经过线条时，会捕获一些特征数据，上图是捕获离鼠标最接近的点。

Qwt提供了拾取数据的现成的类，同时也留有非常好的接口，用户可以任意扩展，下面就介绍Qwt专门负责拾取数据及鼠标跟踪用的QwtPicker及其子类。并对其扩展，构建一个用于显示鼠标经过图像时捕获最近点的拾取器。

拾取器

Qwt拾取器QwtPicker，用于显示鼠标经过图像时的信息，内置了一些坐标变换和鼠标位置及动作等函数

QwtPicker

QwtPicker的继承关系如下图所示

这个类可以捕获当前鼠标位置及动作，同时使用户在图表上显示一些特殊的信息。

拾取器的”橡皮圈“（Rubber Band）

所谓橡皮圈，就是在图表上的一些附加显示
QwtPicker有个QwtPicker::RubberBand的枚举，此枚举例举了默认的橡皮圈:

• HLineRubberBand
  A horizontal line ( only for QwtPickerMachine::PointSelection )

• VLineRubberBand
  A vertical line ( only for QwtPickerMachine::PointSelection )

• CrossRubberBand
  A crosshair ( only for QwtPickerMachine::PointSelection )

• RectRubberBand
  A rectangle ( only for QwtPickerMachine::RectSelection )

• EllipseRubberBand
  An ellipse ( only for QwtPickerMachine::RectSelection )

• PolygonRubberBand
  A polygon ( only for QwtPickerMachine::PolygonSelection )

• UserRubberBand
  Values >= UserRubberBand can be used to define additional rubber bands.

HLineRubberBand是一个水平线，VLineRubberBand是一个垂直线，CrossRubberBand是十字线，如下图所示：

坐标变换

在重写拾取器之前需要先了解qwt的一些函数，其中最重要的就是坐标变换问题
由于qwt是一个绘图控件，图形有图形刻度的坐标，控件有控件的坐标，可能图形坐标x轴是0到100万，y轴是0到10万，这个图却在屏幕上只有x方向600像素，y方向400像素，这时，鼠标在图形屏幕上点（200,200）位置，对应图形坐标的位置是多少，这需要一个转变，QwtPlotPicker内置两个函数实现图形屏幕坐标到图形数值坐标的转换以及逆转换：

把图形数值坐标转换为屏幕坐标：

QRect   transform (const QRectF &) const
QPoint  transform (const QPointF &) const

把屏幕坐标转换为图形数值坐标：

QRectF invTransform (const QRect &) const
QPointF invTransform (const QPoint &) const

有了这两个函数，就可以方便的对坐标进行转换了。

自定义拾取器

虽然Qwt内置了几种常用的”橡皮圈“，但是使用者肯定有许多不一样的需求，例如本文开头显示的图片所示，随着鼠标的移动，自动捕抓最近的点，并把最近点的信息显示出来，且文字颜色也有相应的改变，这种特殊要求，就必须自己重写QwtPicker

重写QwtPicker主要需要重写如下虚函数：

//用于控制显示文字内容及区域的：
virtual QwtText     trackerText (const QPoint &pos) const
virtual QRect   trackerRect (const QFont &) const
//用于控制’橡皮筋‘RubberBand的绘制的
virtual void    drawRubberBand (QPainter *) const
//用于控制追踪鼠标显示的内容(默认是显示文字及一个矩形背景)
virtual void    drawTracker (QPainter *) const

drawRubberBand

为了实现上面追踪最近点的拾取器
这里自定义一个拾取器，继承于QwtPlotPicker

头文件：

#include <qwt_plot_picker.h>
class QwtPlotCurve;
class SAXYDataTracker: public QwtPlotPicker
{
public:
    SAXYDataTracker(QWidget * canvas);
protected:
    virtual void drawRubberBand (QPainter *painter) const;
};

实现文件:

SAXYDataTracker::SAXYDataTracker(QWidget* canvas) :
    QwtPlotPicker( canvas )
{
    setTrackerMode( QwtPlotPicker::ActiveOnly );
    setRubberBand( UserRubberBand  );
    setStateMachine( new QwtPickerTrackerMachine() );
}

void SAXYDataTracker::drawRubberBand(QPainter* painter) const
{
    if ( !isActive() || rubberBand() == NoRubberBand ||
        rubberBandPen().style() == Qt::NoPen )
    {
        return;
    }
    QPolygon pickedPoint = pickedPoints ();
    if(pickedPoint.count () < 1)
        return;
    QwtPlotPicker::drawRubberBand (painter);
    //获取鼠标的客户坐标位置
    const QPoint pos = pickedPoint[0];

    QwtPainter::drawLine( painter, pos.x(),
    pos.y(), 0,0 );
}

这里只做一个简单的实现，就是绘制一条线到(0,0)点

drawRubberBand 是在绘图画布上进行重绘，在QwtPickerTrackerMachine的状态下，只要鼠标移动就会触发

上面只是一个小例子，大家可以忽略，请看下面详细教程：

最近点捕获拾取器

求最近点

QwtPlotCurve提供了求最近点的函数int QwtPlotCurve::closestPoint(const QPoint& _pos_,double * _dist_ = NULL)const
效果是找到鼠标最近的一个点：

不过，注意，此函数是遍历整个曲线所有点来求取的，在曲线点数非常多时，谨慎使用

自定义最近点捕获Picker

定义求取图形最近点的函数
头文件：

#include <qwt_plot_picker.h>
class QwtPlotCurve;
class QwtPlotItem;
class SAXYDataTracker: public QwtPlotPicker
{
public:
    SAXYDataTracker(QWidget * canvas);

protected:
    virtual QwtText trackerTextF(const QPointF & pos) const;
    virtual QRect trackerRect(const QFont & font) const;
    virtual void drawRubberBand (QPainter *painter) const;
    void calcClosestPoint(const QPoint& pos);
private:
    ///
    /// \\brief 记录最近点的信息
    ///
    class closePoint
    {
    public:
        closePoint();
        QwtPlotCurve * curve() const{return this->m_curve;}
        void setCurve(QwtPlotCurve * cur);
        bool isValid() const;
        QPointF getClosePoint() const;
        int index() const{return this->m_index;}
        void setIndex(int i){this->m_index = i;}
        double distace() const{return this->m_distace;}
        void setDistace(double d){this->m_distace = d;}
        void setInvalid();
    private:
        QwtPlotCurve *m_curve;
        int m_index;
        double m_distace;
    };
    closePoint m_closePoint;
private slots:
    //捕获鼠标移动的槽
    void mouseMove(const QPoint &pos);
public slots:
    void itemAttached(QwtPlotItem* plotItem,bool on);
};

源文件： （跳过吧！）

#include "SAXYDataTracker.h"
#include <qwt_plot_item.h>
#include <qwt_plot_curve.h>
#include <qwt_picker_machine.h>
#include <qwt_plot_dict.h>
#include <qwt_plot.h>
#include <qwt_painter.h>
#include <algorithm>
#include <numeric>
SAXYDataTracker::SAXYDataTracker(QWidget* canvas) :
    QwtPlotPicker( canvas )
{
    setTrackerMode( QwtPlotPicker::ActiveOnly );
    setRubberBand( UserRubberBand  );
    setStateMachine( new QwtPickerTrackerMachine() );
    connect (this,&QwtPicker::moved,this,&SAXYDataTracker::mouseMove);
    if(plot ())
        connect (plot(),&QwtPlot::itemAttached,this,&SAXYDataTracker::itemAttached );
}

QwtText SAXYDataTracker::trackerTextF(const QPointF& pos) const
{
    QwtText trackerText;
    if(!m_closePoint.isValid ())
        return trackerText;
    trackerText.setColor( Qt::black );
    QColor lineColor = m_closePoint.curve()->pen ().color ();
    QColor bkColor(lineColor);
    bkColor.setAlpha (30);
    trackerText.setBorderPen( m_closePoint.curve()->pen () );
    trackerText.setBackgroundBrush( bkColor );
    QPointF point = m_closePoint.getClosePoint ();
    QString info = QStringLiteral("<font color=\\"%1\\">y:%2</font><br>")
                   .arg(lineColor.name ()).arg(point.y ())
                   +
                   QStringLiteral("<font color=\\"%1\\">x:%2</font>")
                                      .arg(lineColor.name ()).arg(point.x ());
    trackerText.setText( info );
    trackerText.setBorderRadius (5);
    return trackerText;

}

QRect SAXYDataTracker::trackerRect(const QFont& font) const
{
    QRect r = QwtPlotPicker::trackerRect( font );
    r += QMargins(5,5,5,5);
    return r;
}

void SAXYDataTracker::drawRubberBand(QPainter* painter) const
{
    if ( !isActive() || rubberBand() == NoRubberBand ||
        rubberBandPen().style() == Qt::NoPen )
    {
        return;
    }
    if(!m_closePoint.isValid ())
        return;
    QPolygon pickedPoint = pickedPoints ();
    if(pickedPoint.count () < 1)
        return;
    //获取鼠标的客户坐标位置
    const QPoint pos = pickedPoint[0];
    const QPointF closePoint = m_closePoint.getClosePoint ();
    const QPoint cvp = transform (closePoint);
    QwtPainter::drawLine (painter,pos,cvp);
    QRect r(0,0,10,10);
    r.moveCenter (cvp);
    QwtPainter::drawRect (painter,r);
    //QwtPainter::drawEllipse (painter,r);
}

void SAXYDataTracker::calcClosestPoint(const QPoint& pos)
{
    const QwtPlotItemList curveItems =
        plot()->itemList( QwtPlotItem::Rtti_PlotCurve );
    if(curveItems.size () <= 0)
        return;
    //把屏幕坐标转换为图形的数值坐标
    QPointF mousePoint = invTransform(pos);
    //记录最短的距离，默认初始化为double的最大值
    double distance = std::numeric_limits<double>::max ();
    //记录前一次最近点的曲线指针
    QwtPlotCurve * oldCur = m_closePoint.curve ();
    for ( int i = 0; i < curveItems.size(); ++i )
    {
        QwtPlotCurve * cur = static_cast<QwtPlotCurve *>( curveItems[i] );
        int index = cur->closestPoint (pos);
        if(-1 == index)
            continue;
        QPointF p = cur->sample (index);
        QLineF lp(p,mousePoint);
        double l = lp.length ();
        if(l < distance)
        {
            m_closePoint.setDistace(l);
            m_closePoint.setIndex(index);
            m_closePoint.setCurve(cur);
            distance = l;
        }
    }
    //说明最近点的曲线更换了，标记线的颜色换为当前曲线的颜色
    if(m_closePoint.isValid () && oldCur!=m_closePoint.curve ())
    {
        QPen p(m_closePoint.curve ()->pen ());
        p.setWidth (1);
        setRubberBandPen (p);
    }
}

void SAXYDataTracker::mouseMove(const QPoint& pos)
{
    calcClosestPoint(pos);
}

void SAXYDataTracker::itemAttached(QwtPlotItem* plotItem, bool on)
{
    if(!on)
    {
        if(QwtPlotItem::Rtti_PlotCurve == plotItem->rtti ())
        {
            QwtPlotCurve * cur = static_cast<QwtPlotCurve *>( plotItem);
            if(cur == m_closePoint.curve())
                m_closePoint.setInvalid ();
        }
    }
}

SAXYDataTracker::closePoint::closePoint()
  :m_curve(nullptr)
  ,m_index(-1)
  ,m_distace(std::numeric_limits<double>::max ())
{

}

void SAXYDataTracker::closePoint::setCurve(QwtPlotCurve* cur)
{
    this->m_curve = cur;
}

bool SAXYDataTracker::closePoint::isValid() const
{
    return ((this->curve() != nullptr) && (this->index() > 0));
}

QPointF SAXYDataTracker::closePoint::getClosePoint() const
{
    if(isValid ())
        return this->curve()->sample (this->index());
    return QPointF();
}

void SAXYDataTracker::closePoint::setInvalid()
{
    setCurve (nullptr);
    setIndex (-1);
    setDistace (std::numeric_limits<double>::max ());
}

下面等我慢慢介绍上面的代码：

求全局最近点

函数：
void calcClosestPoint(const QPoint& pos);
是用于求取全局最近点的，为了防止频繁求取，我们把得到的最近点信息保存下来，因此建立了一个内部类：

///
/// \\brief 记录最近点的信息
///
class closePoint
{
public:
   closePoint();
   QwtPlotCurve * curve() const{return this->m_curve;}
   void setCurve(QwtPlotCurve * cur);
   bool isValid() const;
   QPointF getClosePoint() const;
   int index() const{return this->m_index;}
   void setIndex(int i){this->m_index = i;}
   double distace() const{return this->m_distace;}
   void setDistace(double d){this->m_distace = d;}
   void setInvalid();
private:
   QwtPlotCurve *m_curve;
   int m_index;
   double m_distace;
};

此类的作用就是保存最近点的信息，这里并没有把那个点保存了下来，而是保存了对应的曲线和索引。
通过QPointF getClosePoint() const函数可以获取最近点。
void calcClosestPoint(const QPoint& pos);的实现就是遍历plot里的所有曲线，并求取其最近的那个点，并把信息保存在closePoint里，这里连点距离借用了Qt的QLineF类来求，当然自己写也是很简单的事情。
函数void calcClosestPoint(const QPoint& pos)里，首先把屏幕坐标转换为坐标轴的数值坐标

//把屏幕坐标转换为图形的数值坐标
QPointF mousePoint = invTransform(pos);

并用一个double记录最短的距离，初始化为double的最大值，用到了stl里的numeric_limits函数

std::numeric_limits<double>::max ();

最后检查最大值的曲线与上一次的曲线是否一样，不一样就更换RubberBand的颜色，实现RubberBand的颜色跟随曲线一致

//说明最近点的曲线更换了，标记线的颜色换为当前曲线的颜色
if(m_closePoint.isValid () && oldCur!=m_closePoint.curve ())
{
     QPen p(m_closePoint.curve ()->pen ());
     p.setWidth (1);
     setRubberBandPen (p);
}

绘制鼠标到最近点的连线

最近点求取后，就是绘制鼠标到最近点的连线

本例里重载了三个QwtPicker的虚函数：

    virtual QwtText trackerTextF(const QPointF & pos) const;
    virtual QRect trackerRect(const QFont & font) const;
    virtual void drawRubberBand (QPainter *painter) const;

其中virtual void drawRubberBand (QPainter *painter) const;是为了绘制橡皮筋(RubberBand)其实就是图表的绘制用的。

void SAXYDataTracker::drawRubberBand(QPainter* painter) const
{
    if ( !isActive() || rubberBand() == NoRubberBand ||
        rubberBandPen().style() == Qt::NoPen )
    {
        return;
    }
    if(!m_closePoint.isValid ())
        return;
    QPolygon pickedPoint = pickedPoints ();
    if(pickedPoint.count () < 1)
        return;
    //获取鼠标的客户坐标位置
    const QPoint pos = pickedPoint[0];
    const QPointF closePoint = m_closePoint.getClosePoint ();
    const QPoint cvp = transform (closePoint);
    QwtPainter::drawLine (painter,pos,cvp);
    QRect r(0,0,10,10);
    r.moveCenter (cvp);
    QwtPainter::drawRect (painter,r);
}

QPolygon pickedPoint = pickedPoints ();函数获取鼠标当前的点，当然，用trackerPosition 一样能获取，在这里效果一致：

//获取鼠标的客户坐标位置
const QPoint pos = trackerPosition ();
if(pos.isNull ())
    return;

m_closePoint.getClosePoint获取最近的那个点，此点是数值结果，需要转变为屏幕坐标,因此使用了QwtPlotPicker::transform函数，把数值结果转换为屏幕坐标

const QPointF closePoint = m_closePoint.getClosePoint ();
const QPoint cvp = transform (closePoint);

之后就是绘制图形了：

QwtPainter::drawLine (painter,pos,cvp);
QRect r(0,0,10,10);
r.moveCenter (cvp);
QwtPainter::drawRect (painter,r);

Qwt把绘图的函数封装在QwtPainter的类里，此类全部为静态函数，相当于命名空间，负责所有QPainter的操作。这样可以在const函数里使用QPainter。

这时就能绘制一个线，从鼠标的位置连接到最近点的位置。

绘制文本

QwtPicker的跟踪文本绘制有两个虚函数：

    virtual QwtText trackerTextF(const QPointF & pos) const;
    virtual QRect trackerRect(const QFont & font) const;

virtual QwtText trackerTextF(const QPointF & pos) const;负责显示的内容
virtual QRect trackerRect(const QFont & font) const;负责绘制的区域

绘制区域需要根据内容来设定：

QRect SAXYDataTracker::trackerRect(const QFont& font) const
{
    QRect r = QwtPlotPicker::trackerRect( font );
    r += QMargins(5,5,5,5);
    return r;
}

QwtPlotPicker::trackerRect( font );可获取默认的绘制区域，此区域紧紧包裹着文字，为了好看点，让区域外扩5像素r += QMargins(5,5,5,5);

trackerTextF用来控制显示的信息

QwtText SAXYDataTracker::trackerTextF(const QPointF& pos) const
{
    QwtText trackerText;
    if(!m_closePoint.isValid ())
        return trackerText;
    trackerText.setColor( Qt::black );
    QColor lineColor = m_closePoint.curve()->pen ().color ();
    QColor bkColor(lineColor);
    bkColor.setAlpha (30);
    trackerText.setBorderPen( m_closePoint.curve()->pen () );
    trackerText.setBackgroundBrush( bkColor );
    QPointF point = m_closePoint.getClosePoint ();
    QString info = QStringLiteral("<font color=\\"%1\\">y:%2</font><br>")
                   .arg(lineColor.name ()).arg(point.y ())
                   +
                   QStringLiteral("<font color=\\"%1\\">x:%2</font>")
                                      .arg(lineColor.name ()).arg(point.x ());
    trackerText.setText( info );
    trackerText.setBorderRadius (5);
    return trackerText;
}

QwtText 支撑html文本的显示，同时能比较方便的设置背景及画刷，这里使用html把文字用与曲线相同的颜色绘制，背景使用曲线相同颜色的背景，不过透明度更低。
最终效果如下：

这是有5条325000个点的数据线的绘制情况：

可以看到C++的响应速度还是很可观的

要点

• Qwt图形数值坐标转换为屏幕坐标以及屏幕坐标转换为数值坐标：

QRect   transform (const QRectF &) const
QPoint  transform (const QPointF &) const

QRectF invTransform (const QRect &) const
QPointF invTransform (const QPoint &) const

• QwtPlotCurve求最近点：
  QwtPlotCurve提供了求最近点的函数int QwtPlotCurve::closestPoint(const QPoint& _pos_,double * _dist_ = NULL)const

本文源码都在原文中