使用QT 实现等值线图、Contour图的图表着色功能

2021年7月15日 6345点热度 4人点赞 2条评论

这里使用了二维矩阵线程插值的方法和通过操作像素颜色来对QImage进行快速渲染方法，在之前的博文中有详细介绍。

二维矩阵线性插值方法：http://cppdebug.com/archives/155

QImage快速渲染方法：http://cppdebug.com/archives/186

数据与颜色之间的转换

通常需要使用Contour图展示的数据，都是三维数据。在绘制的过程中，一般用横纵坐标轴表示其中的一个数据，然后另一个数据使用颜色表示。

对于这样的需求，使用之前写到过的image数据渲染方法，非常简单就可以实现。

稍微改一改之前的代码：

unsigned int getValue(float x, float y)
{
    float max = std::max(image->width(), image->height());
    float scale = 255 / max;
    return scale * std::abs(x - y);
}
void Widget::drawImage(){
    QImage image = new QImage(QSize(800, 400),QImage::Format_ARGB32)；
    for (int h = 0; h < image->height(); h++)
    {
        unsigned char* line = image->scanLine(h);
        for (int w = 0; w < image->width(); w++)
        {
            unsigned char a = 0xff;
            unsigned char r = getValue(w, h);
            unsigned char g = 0x00;
            unsigned char b = 0x00;

            *line = b;
            line++;
            *line = g;
            line++;
            *line = r;
            line++;
            *line = a;
            line++;
        }
    }
}

只需要在getValue函数中实现从数据到颜色的转换，就可以实现第三维数据的展示了。

因为这里只影响了r的值，所以得到是一个红黑相间的渐变色。

当然，我们可以再写复杂一点，先写一个颜色数据到颜色的转换类。

class ColorMap {
public:
    ColorMap(const float& min, const float& max) {
        this->max = max;    //数据范围
        this->min = min;
    };
    QRgb getColor(const float& value) {
        //实现数据到颜色的转换方式，这里可以随意发挥
        if (value < min || value > max)
            return qRgb(0xff, 0xff, 0xff);
        unsigned char r(0xff), g(0xff), b(0xff);
        
        float length = max - min;
        float v = value - min;
        if (v > length * 0.7) {
            r = 255 /(0.3*length) * (v - length * 0.7);
        }
        else if (v > length * 0.3) {
            g = 255 / (0.4 * length) * (v - length * 0.3);
        }
        else {
            b = 255 / (0.3 * length) * v;
        }

        return qRgb(r, g, b);
    }
public:
    float max,min;
};

再对之前的渲染代码做亿点点修改。

//这个函数主要为了生成矩阵数据，返回值可以随意发挥
unsigned int Widget::getValue(float x, float y)
{
    return std::abs(x - y);
}
void Widget::drawImage(){
    QImage image = new QImage(QSize(800, 400),QImage::Format_ARGB32)；
    ColorMap colorMap(0, std::max(image->width(), image->height()));
    for (int h = 0; h < image->height(); h++)
    {
        unsigned char* line = image->scanLine(h);
        for (int w = 0; w < image->width(); w++)
        {
            QRgb color = colorMap.getColor(getValue(w,h));
            unsigned char* c = (unsigned char*)(&color);
    
            unsigned char a = *(c + 3);
            unsigned char r = *(c + 2);
            unsigned char g = *(c + 1);
            unsigned char b = *c;
    
            *line = b;
            line++;
            *line = g;
            line++;
            *line = r;
            line++;
            *line = a;
            line++;
        }
    }
}

运行之后可以得到这样的结果：

这里由于生成矩阵的规则过于简单，所以得到的图片也只能这样平平无奇了。

矩阵数据的着色

之前有记录过等值线的插值算法，可以将插值前后的数据可视化验证一下插值的效果怎么样。

首先是未经过插值的数据，这里主要修改getValue这个函数，然后为了对比插值之后的趋势变化，将颜色改为只有红色的变化。

代码如下：

class ColorMap {
public:
    ColorMap(const float& min, const float& max) {
        this->max = max;
        this->min = min;
    };
    QRgb getColor(const float& value) {
        unsigned char r(0xff), g(0x00), b(0x00),a(0x00);
        a = 255 / (max - min) * value;
        return qRgba(r, g, b,a);
    }
public:
    float max,min;
};

const int width = 4;
const int height = 4;
const int newWidth = 2 * width - 1;
const int newHeight = newWidth;
int array[width][height] = {
{1,5,4,10},
 {2,6,1,5},
{3,5,7,7},
{9,6,2,5} };

float Widget::getValue(float x, float y)
{
    int blockW, blockH;
    blockW = image->width() / ::width;
    blockH = image->height() / ::height;
    int indexw, indexh;
    indexh = y / blockH;
    indexw = x / blockW;


    return  ::array[indexw][indexh];
}
void Widget::drawImage()
{
    QImage image = new QImage(QSize(800, 800),QImage::Format_ARGB32)；
    float width, heigt;
    width = image->width();
    heigt = image->height();
    ColorMap colorMap(0, 10);
    for (int h = 0; h < image->height(); h++)
    {
        unsigned char* line = image->scanLine(h);
        for (int w = 0; w < image->width(); w++)
        {
            QRgb color = colorMap.getColor(getValue(w,h));
            unsigned char* c = (unsigned char*)(&color);

            unsigned char a = *(c + 3);
            unsigned char r = *(c + 2);
            unsigned char g = *(c + 1);
            unsigned char b = *c;

            *line = b;
            line++;
            *line = g;
            line++;
            *line = r;
            line++;
            *line = a;
            line++;
        }
    }
    
}

运行之后可以得到这样的结果：

这是直接将矩阵按照实际大小着色的，所以看起来是满屏幕的小方块。

加入插值的代码，这个详细的代码参考之前的线性插值算法的代码，就不重复贴了。

插值之后可以得到这样的效果：

从总体的颜色深浅变化趋势上来说，和上以正图片还是比较一致的，这也验证了之前测试的线性插值算法确实可行。

一般来说contour图表都需要像素点级别的插值，才能将得到一张颜色过度较为平滑的图片，而不是像现在这种AV画质。

要实现像素点级别的插值，只需要对getValue函数进行亿点点修改：

float Widget::getValue(float x, float y)
{
    //获取网格高度
    //这里使用width - 1
    //是因为按像素插值的时候，将默认原始数据在网格顶点上，这样方便我们往网格中插值
    int blockW, blockH;
    blockW = image->width() / (::width - 1);
    blockH = image->height() / (::height -1);

    //获取网格的索引
    int indexw, indexh;
    indexh = y / blockH;
    indexw = x / blockW;

    //获取像素点再网格中的真实长度
    //这个数据用于计算插值的比例
    float bx, by;
    bx = x - blockW*indexw;
    by = y - blockH*indexh;

    //获取像素所在四个网格顶点上的值
    float tl, tr, bl, br;
    tl = array[indexh][indexw];
    tr = array[indexh][indexw + 1];
    bl = array[indexh + 1][indexw];
    br = array[indexh + 1][indexw + 1];

    //获取像素点在所在网格中所占横纵比
    float xscale, yscale;
    xscale = (bx / blockW);
    yscale = (by / blockH);

    //先横向插值，然后纵向插值
    float v1 = tl + (tr - tl) * xscale;
    float v2 = bl + (br - bl) * xscale;
    float v = v1 + (v2 - v1) * yscale;
    return v;
}

加上之前的代码，运行之后：