实现Bezier样条曲线

news2024/11/24 3:12:31

1.给出n+1 个控制点pk=(xk,yk,zk),这里k可取值0-n,多项式函数公式如下

获取的单个点的代码 

void zmBezier::getPoint(float u, double p[3])
{
    int n = m_count - 1;
    double x = 0, y = 0, z = 0;
    for(int k = 0; k <= n; k++)
    {
        x += m_ctrlPoints[k][0] * BEZ_k_n(n, k, u);
        y += m_ctrlPoints[k][1] * BEZ_k_n(n, k, u);
        z += m_ctrlPoints[k][2] * BEZ_k_n(n, k, u);
    }

    p[0] = x;
    p[1] = y;
    p[2] = z;
}

 

 2.混合函数是如下的多项式

double zmBezier::BEZ_k_n(int n, int k, double u)
{
    return  C_n_k(n, k) * pow(u, k) * pow(1 - u, n - k);
}

3.二项式系数

 

double zmBezier::C_n_k(int n, int k)
{
    n = m_count - 1;
    return factorial(n) / (factorial(k) * factorial(n - k));
}

 4.Bezier样条完整代码,全部用指针表示点


/**
Bezier曲线
给定n+1个控制点 Pk=(Xk,Yk,Zk),k取值0-n
多项式函数
-----------------------------------
              n
        P(u)= Σ  Pk × BEZ(u)            0≤u≤1
             k=0           k,n
-----------------------------------
混合函数
-----------------------------------
                         k       n-k
        BEZ(u)=C(n,k) × u × (1-u)       0≤u≤1
             k,n

-----------------------------------
二项式系数
-----------------------------------
                     n!
        C(n,k)=——————————————————
                k! × (n-k)!

-----------------------------------

不想使用 点 结构,全部用指针数组表示点集
*/
#ifndef ZMBEZIER_H
#define ZMBEZIER_H


class zmBezier
{
public:
    zmBezier();
    ~zmBezier();
    zmBezier(int n, double (*points)[3]);


    void getPoint(float u, double p[3]);                //获取参数u时的某一点
    void getCurve(int n, double (*curve)[3]);           //获取n个插值点,代表曲线
    void setCtrlPoints(int n, double (*points)[3]);     //设置控制点
    void getCtrlPoints(int &n, double (*points)[3]);    //获取控制点

private:
    inline double factorial(double n);                  //阶乘
    inline double C_n_k(int n, int k);                  //二项式系数,参数n为了形式上更接近二项式
    inline double BEZ_k_n(int n, int k, double u);      //混合函数

private:
    int m_count;                                        //控制点数量
    double (*m_ctrlPoints)[3];                          //控制点坐标
};

#endif // ZMBEZIER_H
#include "zmBezier.h"

#include<cmath>
#include<string>

zmBezier::zmBezier()

{
    m_count = 0;
    m_ctrlPoints = nullptr;
}

zmBezier::zmBezier(int n, double(*points)[3])
{
    m_count = n;

    m_ctrlPoints = new double[n][3];
    memcpy_s(m_ctrlPoints, sizeof (double)*n * 3, points, sizeof (double)*n * 3);
}

zmBezier::~zmBezier()
{
    m_count = 0;
    delete [] m_ctrlPoints;
}

double zmBezier::C_n_k(int n, int k)
{
    n = m_count - 1;
    return factorial(n) / (factorial(k) * factorial(n - k));
}

double zmBezier::factorial(double n)
{
    return tgamma(n + 1);
}

void zmBezier::getPoint(float u, double p[3])
{
    int n = m_count - 1;
    double x = 0, y = 0, z = 0;
    for(int k = 0; k <= n; k++)
    {
        x += m_ctrlPoints[k][0] * BEZ_k_n(n, k, u);
        y += m_ctrlPoints[k][1] * BEZ_k_n(n, k, u);
        z += m_ctrlPoints[k][2] * BEZ_k_n(n, k, u);
    }

    p[0] = x;
    p[1] = y;
    p[2] = z;
}

double zmBezier::BEZ_k_n(int n, int k, double u)
{
    return  C_n_k(n, k) * pow(u, k) * pow(1 - u, n - k);
}

void zmBezier::getCurve(int count, double (*curve)[3])
{

    double point[3] = {0};
    for(int k = 0; k < count; k++) {
        getPoint(1.0 * k / (count - 1), point);
        curve[k][0] = point[0];
        curve[k][1] = point[1];
        curve[k][2] = point[2];
    }
}

void zmBezier::setCtrlPoints(int n, double(*points)[3])
{
    delete [] m_ctrlPoints;

    m_count = n;

    m_ctrlPoints = new double[n][3];
    int size = sizeof (double) * n * 3;
    memcpy_s(m_ctrlPoints, size, points, size);
}

void zmBezier::getCtrlPoints(int &n, double (*points)[3])
{
    n = m_count;

    if(m_count)
    {
        int size = sizeof (double) * n * 3;
        memcpy_s(points, size, m_ctrlPoints, size);
    }
}

5. 继承QWidget,定义可显示的控制点

#ifndef MYCTRLPOINT_H
#define MYCTRLPOINT_H

#include <QWidget>

class myCtrlPoint : public QWidget
{
    Q_OBJECT
public:
    myCtrlPoint(QWidget *parent);

    QPoint getPosition();
    void setPostion(const QPoint &point);
protected:
    void paintEvent(QPaintEvent *event) override;
    void mousePressEvent(QMouseEvent *event) override;
    void mouseMoveEvent(QMouseEvent *event) override;
    void mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event) override;

private:
    QPoint m_clicked;

};

#endif // MYCTRLPOINT_H

主要是实现鼠标事件:

5.1 鼠标左键单击,点变成绿色

5.2 鼠标左键拖动,点在父窗口中移动 

5.3 鼠标右键,从父类中删除自己


#include"myCanvas.h"
#include"myCtrlPoint.h"

#include<QKeyEvent>
#include<QPainter>
#include<QMouseEvent>

myCtrlPoint::myCtrlPoint(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
{
    setFixedSize(20, 20);
}

void myCtrlPoint::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QWidget::paintEvent(event);
    QPainter painter(this);
    if(m_clicked != QPoint())  {
        painter.setBrush(Qt::green);
    }
    else {
        painter.setBrush(Qt::lightGray);
    }
    painter.drawRect(rect());
}


void myCtrlPoint::mousePressEvent(QMouseEvent *event)
{
    if(event->button() == Qt::LeftButton)
    {
        m_clicked = event->globalPos();
        update();
    }
    else if(event->button() == Qt::RightButton)
    {
        myCanvas *canvase = (myCanvas *)parent();
        canvase->m_ctrlWidgets.removeOne(this);
        this->deleteLater();
        canvase->update();
    }


}

void myCtrlPoint::mouseMoveEvent(QMouseEvent *event)
{
    if(m_clicked == QPoint())
    {
        QWidget::mouseMoveEvent(event);

    }
    else
    {
        QPoint cur = event->globalPos();
        QPoint dis = cur - m_clicked;
        m_clicked = cur;
        move(mapToParent(QPoint(0, 0)) + dis);
        ((QWidget *)parent())->update();
    }
}

void myCtrlPoint::mouseReleaseEvent(QMouseEvent *event)
{
    m_clicked = QPoint();
    update();
}

QPoint myCtrlPoint::getPosition()
{
    return mapToParent(rect().center());
}

void myCtrlPoint::setPostion(const QPoint &point)
{
    QPoint target = point - rect().topLeft();
    move(target);

}

6. 继承QWidget,实现一块画布

#ifndef MYCANVAS_H
#define MYCANVAS_H

#include <QWidget>

#include"zmBezier.h"


class myCtrlPoint;
class myCanvas : public QWidget
{
    friend class myCtrlPoint;
    Q_OBJECT
public:
    explicit myCanvas(QWidget *parent = nullptr);
    ~myCanvas();

protected:
    void paintEvent(QPaintEvent *event) override;
    void mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event) override;

private:
    zmBezier m_curve;
    double m_points[1024][3];                   //不想paintEvent中动态分配内存
    QVector<myCtrlPoint *>m_ctrlWidgets;
};

#endif // MYCANVAS_H

6.1 构造时随机生成4个控制点

6.2 绘制事件中绘制控制点之间的连线、绘制Bezier曲线

6.3 鼠标左键双击空白处会添加一个控制点

6.4 因为不想再绘制事件中动态分配内存,所以用了一个比较大的数组

6.5 控制点是画布的友元类,方便控制点删除自己

#include"myCanvas.h"
#include"myCtrlPoint.h"

#include<QTime>
#include<QDebug>
#include<QPainter>
#include<QMouseEvent>
#include<QRandomGenerator>

myCanvas::myCanvas(QWidget *parent)
    : QWidget(parent)
{
    QRandomGenerator random(QTime::currentTime().second());

    for(int i = 0; i < 4; i++)
    {
        myCtrlPoint *ctrl = new myCtrlPoint(this);
        m_ctrlWidgets.append(ctrl);

        ctrl->setPostion(QPoint(random.generateDouble() * 400, random.generateDouble() * 400));
    }

    resize(500, 500);
}

myCanvas::~myCanvas()
{

}

void myCanvas::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    QWidget::paintEvent(event);
    QPainter painter(this);
    painter.drawText(20, 20, "1.左键拖动控制点");
    painter.drawText(20, 40, "2.右键删除控制点");
    painter.drawText(20, 60, "3.左键双击空白处添加控制点");


    int n = m_ctrlWidgets.count();
    if(n)
    {
        painter.setPen(QPen(Qt::blue, 1, Qt::DotLine));

        for(int i = 0; i < n - 1; i++)
        {
            painter.drawLine(m_ctrlWidgets[i]->getPosition(), m_ctrlWidgets[i + 1]->getPosition());
        }

//        double (*ctrls)[3] = new double[n][3];       尽量别动态分配了,下面限制下点数
        if(n > 1024) {
            n = 1024;
        }

        for(int i = 0; i < n; i++)
        {
//            ctrls[i][0] = m_ctrlWidgets[i]->getPosition().x();
//            ctrls[i][1] = m_ctrlWidgets[i]->getPosition().y();
//            ctrls[i][2] = 0;

            m_points[i][0] = m_ctrlWidgets[i]->getPosition().x();
            m_points[i][1] = m_ctrlWidgets[i]->getPosition().y();
            m_points[i][2] = 0;

        }
        m_curve.setCtrlPoints(n, m_points);
//        m_curve.setCtrlPoints(n, ctrls);
//        delete [] ctrls;

        int request = 100;
//        double (*points)[3] = new double[request][3];

//        m_curve.getCurve(request, points);
        m_curve.getCurve(request, m_points);

        painter.setPen(QPen(Qt::green, 1));
        for(int i = 0; i < request - 1; i++) {
            painter.drawLine(m_points[i][0], m_points[i][1],
                             m_points[i + 1][0], m_points[i + 1][1]);
        }

//        delete [] points;
    }
}

void myCanvas::mouseDoubleClickEvent(QMouseEvent *event)
{
    if(event->button() == Qt::LeftButton)
    {
        QPoint point = event->pos();
        myCtrlPoint *ctrl = new myCtrlPoint(this);
        m_ctrlWidgets.append(ctrl);

        ctrl->setPostion(point);
        ctrl->show();
        update();
    }

}

 7.直接显示画布


#include<QApplication>

#include"myCanvas.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
    QApplication a(argc, argv);

    myCanvas camvas;
    camvas.show();

    return a.exec();
}

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