Qt Graphics View Framework 实践

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Qt Graphics View Framework 简介

Qt Graphics View Framework （以下简称GVF）是一套成熟的基于Qt Widgets的框架，为大量二维物件的交互提供了优化的管理方法和渲染机制。 这个框架内建了专用事件传递架构，使得物件可以处理键盘时间和鼠标时间，从而允许被选取，移动和旋转等。 此外这个框架提供了BSP(Binary Space partitioning)树索引模式，以快速地定位物件，从而也加速了区域的渲染，为实时显示提供了支持。

 

GVF首次亮相于Qt 4.2，替换了QCanvas。
架构

GVF由三部分组成，场景、视图和物件， 类似于Model View Framework中的模型、视图和代表元。
物件

物件即为被观察的独立个体，在GVF中，均为QGraphicsItem（抽象类）的子类。每个物体拥有x、y和z三个坐标，每类物件有唯一的Type。一个物件只能属于一个场景，如果它有父物件(parentItem)，则属于父物件所属的场景。

GVF提供了四类继承自QGraphicsItem的物件：

    QAbstractGraphicsShapeItem
    QGraphicsItemGroup
    QGraphicsLineItem
    QGraphicsObject
    QGraphicsPixmapItem

QAbstractGraphicsShapeItem附加了画刷（Brush）和画笔（Pen）属性，GVF中提供了5个具体子类：

    QGraphicsEllipseItem
    QGraphicsPathItem
    QGraphicsPolygonItem
    QGraphicsRectItem
    QGraphicsSimpleTextItem

QGraphicsObject则也继承自QObject，从而附加了十一个信号，其中两个来自QObject，以下是新加的信号：

    void    enabledChanged()
    void    opacityChanged()
    void    parentChanged()
    void    rotationChanged()
    void    scaleChanged()
    void    visibleChanged()
    void    xChanged()
    void    yChanged()
    void    zChanged()

场景

GVF提供QGraphicsScene作为场景类。 QGraphicsScene作为物件的容器，用于组织和管理被观察的物件，并负责传递事件给每个物件，维护各个物件的状态。
视图

GVF提供QGraphicsView作为视图类，用于可视化场景的内容。QGraphicsView继承自QAbstractScrollArea而获得滚动的能力，同时也提供了视图变化，场景区域选取和各种预设的事件处理能力。
GVF实践

在GDS中，所有的物件都是多边形，即使是线型，都可被视作宽度极小的矩形。因此，直觉上会采用QGraphicsPolygonItem作为物件的类型，然而考虑到具体使用的情形是，不是为每个物价设置画笔，而是为一层！因此，可以使用z坐标作为层次，而物件也无需自己拥有渲染相关的属性，只需要在绘制时从场景去获取。

既然如此，需要扩展QGraphicsScene，为其添加画笔和画刷的访问方法：
QPen pen ( quint64 index ) const;
QBrush brush ( quint64 index ) const;

既然不使用QGraphicsPolygonItem，就直接从QGraphicsItem派生一个新的物件类型（GraphicsPolygonItem），记得添加类型标记：
enum {
    Type = UserType + 8
};

然后实现paint方法：
Q_D(GraphicsPolygonItem);
const QRectF &rect =  d->m_data.constData()->m_rect;
qreal level = option->levelOfDetailFromTransform(painter->worldTransform());
qreal thresholdMin = qMin(rect.width(), rect.height()) * level;
qreal thresholdMax = qMax(rect.width(), rect.height()) * level;
// The scene must be a GraphicsScene
auto s = static_cast<GraphicsScene *>(scene());
quint64 stack = quint64(zValue());
// The pen for this item
auto p = s->pen(stack);
// Adjust screen size to scene size
p.setWidthF(1 / level);
painter->setCompositionMode(QPainter::CompositionMode(s->compositionMode()));
if (thresholdMin >= 5) {     // Detail mode
    // The brush for this item
    auto b = s->brush(stack);
    // Adjust screen size to scene size
    b.setTransform(QTransform(painter->worldTransform().inverted()));
    painter->setBrush(b);
    painter->setPen(p);
    // Apply composition mode
    painter->drawPath(d->m_data.constData()->m_painterPath);
   // ...

这里使用了一个小伎俩，如果物件看得很清晰，那就画清晰点，如果看起来很细，那就画条线，如果真的看不到一个点，那就算了。

一个物件有多种状态，如ItemIsSelectable和ItemIsMovable，根据不同的状态来调节渲染的参数可以丰富物件的外观。

为了实现缩放功能，派生了视图类并覆写了wheelEvent;为了统计绘制的时间，也覆写了paintEvent：
void GraphicsView::paintEvent(QPaintEvent *event)
{
    static QTime tickTime;
    tickTime.restart();
    QGraphicsView::paintEvent(event);
    qDebug() << "Paint view:" << tickTime.elapsed() << "milliseconds";
}

 
性能
显式共享

考虑到许多物件拥有一致的外形，只是所在的位置和层次的不同，如果它们共享同一个外形数据，将节约不少内存。事实确实如此，发现不同外形的个数大约是总物件数的十分之一！然而，由于采用线性匹配，所耗时间非常大。
BSP树构建

相比于QGraphicsSceneNoIndex模式，物件的插入同时也需要更新BSP树，代价是颇高的，包括时间开销和内存开销，其中设计的矩形比较贡献了不小的常数！下面的实验使用此模式。
实验

实验的样本是/home/yyuan/tflexjobs/gds//Ferrari_crop_with_all_layers_400.gds（288MB）， 当然，目前不能直接解析GDS，只能导出为内部格式：/home/beyan/tflexjob/crrr.txt（498M）

输出结果如下
0 0 8 1261824
Item creation:  6349
Detach views:  0
Paint view: 0 milliseconds
Item insertion:  21400
Attach views:  2922
Paint view: 2912 milliseconds
Paint view: 3068 milliseconds
Paint view: 3031 milliseconds
Paint view: 2486 milliseconds
Paint view: 1438 milliseconds
Paint view: 836 milliseconds
Paint view: 467 milliseconds
Paint view: 276 milliseconds
Paint view: 158 milliseconds
Paint view: 116 milliseconds
Paint view: 100 milliseconds
Paint view: 91 milliseconds
Paint view: 88 milliseconds
Paint view: 85 milliseconds
Paint view: 82 milliseconds
Paint view: 82 milliseconds
Paint view: 83 milliseconds
Paint view: 81 milliseconds
Paint view: 80 milliseconds
Paint view: 79 milliseconds

 

    Item Creation是指专用的线程负责读入文件并构造为物件，一共为1261824个
    Detach views是为了更准确地统计物件加入场景的时间而特意分离视图
    Item insertion的时间为21.4秒，相比于NoIndex模式，大约多花费了15秒！
    Attach views 重新关联视图和场景
    Paint view：初始化时绘制的结果是一个um一个像素，然后按1.5倍进行放大。