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)
    : 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 ;
}

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