C++ GUI Programmierung mit Qt 4

Transkript

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2 Jasmin Blanchette, Mark Summerfield C++ GUI Programmierung mit Qt 4 Die offizielle Einführung 2., aktualisierte Auflage An imprint of Pearson Education München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam

3 Kapitel 8 Plattform. Unter X11 ist dadurch gewährleistet, dass die Kommunikation mit dem X- Server auf ein Minimum reduziert wird; anstelle der eigentlichen Bilddaten werden nur Zeichnungsbefehle gesendet. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht hauptsächlich darin, dass Qt durch die systemeigene Unterstützung der Plattform eingeschränkt wird: Unter X11 stehen Merkmale wie Anti-Aliasing und die Unterstützung gebrochener Koordinaten nur zur Verfügung, wenn die Erweiterung X Render auf dem X-Server vorhanden ist. Unter Max OS X verwendet das systemeigene Grafikmodul zum Zeichnen von Polygonen andere Algorithmen als X11 und Windows, die zu etwas anderen Ergebnissen führen. Wenn die Genauigkeit wichtiger ist als die Effizienz, können wir auf einem QImage-Element zeichnen und das Ergebnis auf den Bildschirm kopieren. Dabei wird immer das eigene interne Zeichenmodul von Qt verwendet, das auf allen Plattformen identische Ergebnisse erzielt. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass das QImage-Element, auf dem wir malen, mit einem der Argumente QImage::Format_RGB32 oder QImage::Format_ARGB32_Premultiplied erstellt werden muss. Das»vormultiplizierte«ARGB32-Format ist mit dem konventionellen ARGB32-Format (0xAARRGGBB) nahezu identisch. Der Unterschied liegt darin, dass die Rot-, Grünund Blau-Kanäle vorn vornherein mit dem Alpha-Kanal multipliziert wurden, was bedeutet, dass die RGB-Werte, die normalerweise von 0x00 bis 0xFF reichen, von 0x00 bis zum Alpha-Wert skaliert werden. Beispielsweise wird ein zu 50 % transparenter Blauton im ARGB32-Format als 0x7F0000FF, im»vormultiplizierten«argb32-format jedoch als 0x7F00007F dargestellt. Ähnlich verhält es sich auch bei einem zu 75 % transparenten Dunkelgrün, das im ARGB32-Format als 0x3F und im vormultiplizierten ARGB32-Format als 0x3F dargestellt wird. Nehmen wir an, wir wollten das Anti-Aliasing zum Zeichnen eines Widgets verwenden und selbst auf X11-Systemen ohne X Render-Erweiterung gute Ergebnisse erzielen. Der ursprüngliche paintevent()-handler, der sich beim Anti-Aliasing auf X Render stützt, könnte wie folgt aussehen: void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event) QPainter painter(this); painter.setrenderhint(qpainter::antialiasing, true); draw(&painter); } 254

4 2D-Grafik Um das plattformunabhängige Grafikmodul von Qt zu verwenden, können wir die Funktion paintevent() des Widgets wie folgt umschreiben: void MyWidget::paintEvent(QPaintEvent *event) QImage image(size(), QImage::Format_ARGB32_Premultiplied); QPainter imagepainter(&image); imagepainter.initfrom(this); imagepainter.setrenderhint(qpainter::antialiasing, true); imagepainter.eraserect(rect()); draw(&imagepainter); imagepainter.end(); } QPainter widgetpainter(this); widgetpainter.drawimage(0, 0, image); Wir erstellen ein QImage-Element derselben Größe wie das Widget im vormultiplizierten ARGB32-Format und ein QPainter-Element, auf dem wir das Bild zeichnen. Der Aufruf von initfrom() initialisiert den Stift, den Hintergrund und die Schrift des Painters auf der Grundlage des Widgets. Wir führen die Zeichnung mithilfe von QPainter wie gewohnt aus und verwenden am Ende wieder das QPainter-Objekt, um das Bild auf das Widget zu kopieren. Dieser Ansatz erzeugt identische, qualitativ hochwertige Ergebnisse auf allen Plattformen, mit Ausnahme der Schriftdarstellung, die von den installierten Schriftarten abhängt. Ein besonders leistungsfähiges Merkmal des Grafikmoduls von Qt ist die Unterstützung von Strukturmodi. Diese geben an, wie ein Quell- und ein Zielpixel beim Zeichnen zusammengeführt werden. Das gilt für alle Zeichenvorgänge, einschließlich Stift-, Pinsel-, Farbverlaufs- und Bildzeichnungen. Der Standardstrukturmodus ist QImage::CompositionMode_SourceOver, was bedeutet, dass das Quellpixel (das von uns gezeichnete Pixel) über dem Zielpixel (dem vorhandenen Pixel) eingefügt wird, sodass die Alpha-Komponente der Quelle ihre Durchsichtigkeit definiert. Abbildung 8.13 zeigt das beim Zeichnen eines halbtransparenten Schmetterlings (dem»quellbild«) auf einem Schachbrettmuster (dem»zielbild«) mit verschiedenen Modi erzielte Ergebnis. 255

5 Kapitel 8 Source SourceOver SourceIn SourceOut SourceAtop Clear Destination DestinationOver DestinationIn DestinationOut DestinationAtop Xor Plus Screen Darken ColorDodge HardLight Difference Multiply Overlay Lighten ColorBurn SoftLight Exclusion Abbildung 8.13: Die Strukturmodi von QPainter Die Strukturmodi werden mithilfe von QPainter::setCompositionMode() festgelegt. Das folgende Beispiel zeigt, wie Sie ein QImage-Element erstellen, das die XOR-Verknüpfung des Schmetterlings und des Schachbrettmusters enthält: QImage resultimage = checkerpatternimage; QPainter painter(&resultimage); painter.setcompositionmode(qpainter::compositionmode_xor); painter.drawimage(0, 0, butterflyimage); Allerdings ist ein Problem zu beachten: Die Operation QImage::CompositionMode_Xor wird auf den Alpha-Kanal angewendet. Das bedeutet, dass wir bei einer XOR-Verknüpfung der Farbe Weiß (0xFFFFFFFF) mit sich selbst eine transparente Farbe (0x ) anstelle von Schwarz (0xFF000000) erhalten. 256

6 2D-Grafik 8.4 Elementbasiertes Rendering mit Graphics View Das Zeichnen mit QPainter ist ideal, wenn benutzerdefinierte Widgets und nur wenige Elemente zu zeichnen sind. Bei Grafiken, in denen alles von einer Hand voll bis zu Tausenden von Elementen zu behandeln ist und der Benutzer in der Lage sein soll, Elemente anzuklicken, zu ziehen und auszuwählen, bieten die Grafikansichtsklassen die gesuchte Lösung. Die Graphics View-Architektur besteht aus einer Szene, die von der Klasse QGraphics- Scene dargestellt wird, und Elementen in der Szene, für die QGraphicsItem-Subklassen vorhanden sind. Die Szene und ihre Elemente werden dem Benutzer sichtbar gemacht, indem sie in einer Ansicht angezeigt werden, die durch die Klasse QGraphicsView dargestellt wird. Dieselbe Szene lässt sich in mehr als einer Ansicht anzeigen um zum Beispiel unterschiedliche Teile einer großen Szene zu zeigen oder die Szene unter verschiedenen Transformationen zu präsentieren. Abbildung 8.14 veranschaulicht dies schematisch. Ansicht 1 Ansicht 2 Ansicht 3 Szene Element 1 Element 2 Element 3 Element 4 Element 5 Abbildung 8.14: Eine Szene kann mehrere Ansichten bedienen. Es gibt mehrere vordefinierte QGraphicsItem-Subklassen (siehe Abbildung 8.15), einschließlich QGraphicsLineItem, QGraphicsPixmapItem, QGraphicsSimpleTextItem (für einfachen formatierten Text) und QGraphicsTextItem (für Rich-Text). Außerdem können Sie eigene Subklassen von QGraphicsItem erstellen, wie es später in diesem Abschnitt gezeigt wird. 1 1 Qt 4.4 wird voraussichtlich das Hinzufügen von Widgets zu Grafikszenen so unterstützen, als würde es sich um Grafikelemente handeln. Dazu gehört auch die Fähigkeit, Transformationen auf sie anzuwenden. 257

7 Kapitel 8 Ein QGraphicsScene speichert eine Auflistung von Grafikelementen. Eine Szene besitzt drei Ebenen: eine Hintergrundebene, eine Elementebene und eine Vordergrundebene. Hintergrund und Vordergrund werden normalerweise durch QBrush-Objekte spezifiziert. Es lässt sich aber auch eine umfassende Kontrolle erreichen, wenn Sie drawbackground() bzw. drawforeground() reimplementieren. Wenn wir eine Pixmap als Hintergrund verwenden, könnten wir einfach einen Textur-QBrush basierend auf dieser Pixmap erstellen. Der Vordergrundpinsel ließe sich auf ein halbtransparentes Weiß setzen, um einen verblassenden Effekt hervorzurufen, oder als Kreuzmuster festlegen, um eine Rasterüberlagerung zu erhalten. Die Szene kann uns sagen, welche Elemente zusammengestoßen sind, welche ausgewählt wurden und welche sich an einem bestimmten Punkt oder in einem bestimmten Bereich befinden. Die Grafikelemente einer Szene sind entweder Toplevel-Elemente (mit nur der Szene als übergeordnetem Element) oder untergeordnete Elemente (wobei ihnen ein anderes Element übergeordnet ist). Alle auf ein Element angewendeten Transformationen werden automatisch auf dessen untergeordnete Elemente angewendet. Die Graphics View-Architektur bietet zwei Möglichkeiten, Elemente zu gruppieren. Bei der ersten macht man einfach ein Element zu einem untergeordneten Element eines anderen Elements. Der andere Weg führt über ein QGraphicsItemGroup. Ein Element zu einer Gruppe hinzuzufügen, bewirkt nicht, dass es irgendwie transformiert wird. Diese Gruppen sind lediglich ein komfortables Instrument, um mehrere Elemente so zu behandeln als wären sie ein einziges Element. Eine QGraphicsView ist ein Widget, das eine Szene präsentiert, bei Bedarf Bildlaufleisten bereitstellt und Transformationen anwenden kann, die sich darauf auswirken, wie die Szene wiedergegeben wird. Dies ist nützlich, um Zoomen und Drehen als Hilfsmittel für die Betrachtung der Szene zu unterstützen. Standardmäßig rendert QGraphicsView mithilfe des in Qt integrierten 2D-Zeichenmoduls. Nachdem das Objekt konstruiert ist, lässt es sich aber mit einem einzigen Aufruf von setviewport() so ändern, dass es ein OpenGL-Widget verwendet. Es ist ebenfalls einfach, eine Szene oder Teile einer Szene zu drucken, wie der nächste Abschnitt erläutert, der verschiedene Techniken für das Drucken mit Qt erläutert. 258

8 2D-Grafik QGraphicsRectItem QGraphicsEllipseItem QGraphicsLineItem QGraphicsPolygonItem QGraphicsSimpleTextItem QGraphicsTextItem QGraphicsPathItem QGraphicsPixmapItem QGraphicsSvgItem Abbildung 8.15: In Qt 4.3 verfügbare Elemente einer Grafikansicht Die Architektur verwendet drei verschiedene Koordinatensysteme Viewport-Koordinaten, Szenekoordinaten und Elementkoordinaten mit Funktionen für die Abbildung von einem Koordinatensystem auf ein anderes. Viewport-Koordinaten sind Koordinaten innerhalb des Viewports von QGraphicsView. Szenekoordinaten sind logische Koordinaten, die für die Positionierung der Elemente auf oberster Ebene in der Szene verwendet werden. Elementkoordinaten sind für jedes Element spezifisch und um einen elementlokalen Punkt (0, 0) zentriert. Wenn wir das Element auf der Szene verschieben, bleiben diese Koordinaten unverändert. In der Praxis haben Sie normalerweise nur mit den Szenekoordinaten (für die Positionierung der Elemente auf oberster Ebene) und den Elementkoordinaten (für die Positionierung von untergeordneten Elementen und für das Zeichnen von Elementen) zu tun. Das Zeichnen jedes Elements in Form seines eigenen lokalen Koordinatensystems bedeutet, dass wir uns nicht darum kümmern müssen, wo sich ein Element in der Szene befindet oder welche Transformation auf das Element angewendet wurde. 259

9 Kapitel 8 Die Grafikansichtsklassen sind unkompliziert zu verwenden und bieten jede Menge Funktionalität. Anhand von zwei Beispielen sollen Sie einen Vorgeschmack bekommen, was sich mit diesen Klassen alles anstellen lässt. Das erste Beispiel ist ein einfacher Diagrammeditor. Es zeigt, wie Sie Elemente erstellen und wie Sie Benutzerinteraktion realisieren. Das zweite Beispiel ist ein kommentiertes Kartenprogramm, das demonstriert, wie Sie mit einer großen Anzahl von Grafikobjekten umgehen und sie auf verschiedenen Zoomstufen effizient wiedergeben können. Mit der in Abbildung 8.16 dargestellten Diagrammanwendung kann der Benutzer Knoten und Verknüpfungen erstellen. Knoten sind grafische Elemente, die normalen Text in einem abgerundeten Rechteck anzeigen, während es sich bei Verknüpfungen um die Linien handelt, die Paare von Knoten verbinden. Markierte (ausgewählte) Knoten sind mit einer gestrichelten Umrisslinie versehen, die mit einem dickeren Stift als üblich gezeichnet wird. Zunächst sehen wir uns die Verknüpfungen an, da sie am einfachsten sind, beschäftigen uns dann mit den Knoten und zeigen anschließend, wie sie im Zusammenhang verwendet werden. class Link : public QGraphicsLineItem public: Link(Node *fromnode, Node *tonode); ~Link(); Node *fromnode() const; Node *tonode() const; void setcolor(const QColor &color); QColor color() const; void tracknodes(); private: Node *myfromnode; Node *mytonode; }; Die Klasse Link ist von QGraphicsLineItem abgeleitet und repräsentiert eine Linie in einer QGraphicsScene. Eine Verknüpfung besitzt drei Hauptattribute: die beiden Knoten, die sie verbindet, und die Farbe, mit der ihre Linie gezeichnet wird. Es ist nicht erforderlich, die Farbe in einer QColor-Membervariablen zu speichern. Den Grund dafür erfahren Sie gleich. QGraphicsItem ist keine QObject-Subklasse, doch hindert Sie niemand daran, zum Beispiel per Mehrfachvererbung mit QObject Signale und Slots zu Link hinzuzufügen. 260

10 2D-Grafik Abbildung 8.16: Die Anwendung Diagram Die Funktion tracknodes() dient dazu, die Endpunkte der Linie zu aktualisieren, wenn der Benutzer einen verknüpften Knoten an eine andere Position zieht. Link::Link(Node *fromnode, Node *tonode) myfromnode = fromnode; mytonode = tonode; } myfromnode->addlink(this); mytonode->addlink(this); setflags(qgraphicsitem::itemisselectable); setzvalue(-1); setcolor(qt::darkred); tracknodes(); Wenn eine Verknüpfung konstruiert wird, fügt sie sich selbst den Knoten hinzu, die sie verbindet. Jeder Knoten speichert einen Satz von Verknüpfungen und kann eine beliebige Anzahl von verbindenden Verknüpfung haben. Grafikelemente besitzen mehrere Flags, doch wollen wir in diesem Fall lediglich, dass Verknüpfungen auswählbar sind, damit der Benutzer sie markieren und dann löschen kann. Jedes Grafikelement besitzt eine (x, y)-position und einen z-wert, der angibt, wie weit vorn oder hinten sich das Element in der Szene befindet. Da wir unsere Linien von der Mitte des einen Knotens zur Mitte eines anderen Knotens zeichnen wollen, geben wir der Linie einen negativen z-wert, damit sie immer unterhalb der Knoten liegt, die sie 261

11 Kapitel 8 verbindet. Im Ergebnis erscheinen die Verknüpfungen als Linien zwischen den nächstliegenden Kanten der Knoten, die die Linien verbinden. Am Ende des Konstruktors richten wir eine anfängliche Linienfarbe ein und setzen dann die Endpunkte der Linie durch Aufruf von tracknodes(). Link::~Link() myfromnode->removelink(this); mytonode->removelink(this); } Wird eine Verknüpfung gelöscht, entfernt sie sich selbst von den Knoten, die sie verbindet. void Link::setColor(const QColor &color) setpen(qpen(color, 1.0)); } Wenn die Farbe der Verknüpfung festgelegt wird, ändern wir einfach ihren Stift mit der angegebenen Farbe und einer Linienbreite von 1. Die Funktion setpen() wird von QGraphicsLineItem geerbt. Die Get-Methode color() gibt einfach die Farbe des Stifts zurück. void Link::trackNodes() setline(qlinef(myfromnode->pos(), mytonode->pos())); } Die Funktion QGraphicsItem::pos() gibt die Position des Grafikelements relativ zur Szene (für Elemente der obersten Ebene) oder zum übergeordneten Element (für untergeordnete Elemente) zurück. Für die Klasse Link können wir uns zum Zeichnen auf ihre Basisklasse stützen: QGraphicsLineItem zeichnet (mithilfe von pen()) eine Linie zwischen zwei Punkten in der Szene. Im Falle der Klasse Node realisieren wir alle Grafiken in eigener Regie. Knoten und Verknüpfungen unterscheiden sich zudem darin, dass Knoten interaktiver sind. Zunächst sehen wir uns die Node-Deklaration an und teilen sie in einzelne Abschnitte auf, da sie recht lang ist. class Node : public QGraphicsItem Q_DECLARE_TR_FUNCTIONS(Node) public: Node(); 262

12 2D-Grafik Für die Klasse Node verwenden wir QGraphicsItem als Basisklasse. Das Makro Q_DECLARE_TR_FUNCTIONS() fügt dieser Klasse eine tr()-funktion hinzu, auch wenn sie keine QObject-Subklasse ist. Durch diese zweckmäßige Einrichtung können wir tr() anstelle der statischen Methoden QObject::tr() oder QCoreApplication::translate() verwenden. void settext(const QString &text); QString text() const; void settextcolor(const QColor &color); QColor textcolor() const; void setoutlinecolor(const QColor &color); QColor outlinecolor() const; void setbackgroundcolor(const QColor &color); QColor backgroundcolor() const; Diese Funktionen sind lediglich Get- und Set-Methoden für die privaten Member. Wir stellen die Steuerung für die Textfarbe, den Umriss des Knotens und den Hintergrund des Knotens bereit. void addlink(link *link); void removelink(link *link); Wie bereits weiter vorn gezeigt, ruft die Klasse Link diese Funktionen auf, um sich selbst einem Knoten hinzuzufügen oder sich von einem Knoten zu entfernen. QRectF boundingrect() const; QPainterPath shape() const; void paint(qpainter *painter, const QStyleOptionGraphicsItem *option, QWidget *widget); Wenn wir QGraphicsItem-Subklassen erstellen, die wir manuell zeichnen wollen, reimplementieren wir normalerweise boundingrect() und paint(). Wenn wir shape() nicht reimplementieren, fällt die Basisklassenimplementierung auf boundingrect() zurück. In diesem Fall müssen wir shape() reimplementieren, um eine genauere Form zurückzugeben, die die abgerundeten Ecken des Knotens berücksichtigt. Die Graphics View-Architektur ermittelt anhand des umschließenden Rechtecks, ob ein Element neu gezeichnet werden muss. Damit ist es QGraphicsView möglich, beliebig große Szenen sehr schnell anzuzeigen, wenn nur ein Bruchteil der Elemente zu einem bestimmten Zeitpunkt sichtbar ist. Mithilfe der Umrissform lässt sich ermitteln, ob ein Punkt innerhalb eines Elements liegt oder ob zwei Elemente zusammenstoßen. protected: void mousedoubleclickevent(qgraphicsscenemouseevent *event); QVariant itemchange(graphicsitemchange change, const QVariant &value); 263

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