QwtPlot3D：三维数据可视化的最佳实践

一、QwtPlot3D介绍

QwtPlot3D是一个用于实现三维数据可视化的C++库，其主要特性包括：

1、支持多种类型的三维图形，如曲面、网格、散点图和柱状图等；

2、支持多种渲染方式，包括纯色、映射、灰度和颜色映射等；

3、支持多种相机视角，包括透视和正交视角等；

4、支持图像保存和打印功能。

通过QwtPlot3D库，我们可以高效地可视化复杂的三维数据，从而更好地理解数据。

二、安装QwtPlot3D

在Ubuntu中，我们可以通过以下命令安装QwtPlot3D库：

sudo apt-get update
sudo apt-get install libqwtplot3d-qt5-dev

在Windows中，我们可以从QwtPlot3D的官网http://qwtplot3d.sourceforge.net/下载相应的安装包并进行安装。

三、创建QwtPlot3D图

QwtPlot3D的主要组成部分是一个图形窗口(Qwt3D::SurfacePlot)、一个数据源(Qwt3D::SurfaceData)以及一个坐标轴(Qwt3D::Axis)。下面是一个创建QwtPlot3D图的例子：

#include <qwtplot3d/qwt3d_surfaceplot.h>
#include <qwtplot3d/qwt3d_surfaceplotdata.h>
#include <qwtplot3d/qwt3d_coordsys.h>

int main ( int argc, char **argv )
{
    QApplication a(argc, argv);
     
    // 创建图形窗口
    Qwt3D::SurfacePlot plot;
     
    // 创建数据源
    Qwt3D::SurfaceData data;
     
    // 设置数据
    double *x = new double[100];
    double *y = new double[100];
    double **z = new double*[100];
    for (int i=0; i<100; i++) {
        x[i] = i / 20.0 - 2.5;
        y[i] = i / 20.0 - 2.5;
        z[i] = new double[100];
        for (int j=0; j<100; j++) {
            z[i][j] = sin(x[i])+cos(y[j]);
        }
    }
    data.setValueRange(Qwt3D::Triple(0,0,-2), Qwt3D::Triple(4,4,2));
    data.setCoordinateStyle(Qwt3D::DATA);
    data.setData(z, 100, 100);
     
    // 设置坐标轴
    Qwt3D::CoordSysZoomer* zoomer = new Qwt3D::CoordSysZoomer(plot);
    zoomer->setMouseModifiers(Qt::NoModifier);
    Qwt3D::CoordinateAxis* axis = plot.coordinateSystem();
    axis->setZoomer(zoomer);
     
    // 将数据源添加到图形窗口中
    plot.setData(data);
     
    // 显示图形窗口
    plot.show();
     
    return a.exec();
}

四、QwtPlot3D图示例

下面是一个使用QwtPlot3D库实现的曲面数据可视化的例子。

#include <qwtplot3d/qwt3d_surfaceplot.h>
#include <qwtplot3d/qwt3d_surfaceplotdata.h>
#include <qwtplot3d/qwt3d_coordsys.h>

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

    // 初始化数据
    Qwt3D::SurfaceData data;
    uint n = 50;
    data.setMesh(n,n);
    data.setMinX(-4.0);
    data.setMaxX(4.0);
    data.setMinY(-4.0);
    data.setMaxY(4.0);

    // 生成曲面数据
    Qwt3D::Triple** ptriple = data.data();
    double dx = (data.maxX()-data.minX())/(n-1);
    double dy = (data.maxY()-data.minY())/(n-1);
    for (uint i=0; i<n; ++i) {
        double x = data.minX() + i*dx;
        for (uint j = 0; j<n; ++j) {
            double y = data.minY() + j*dy;
            double r = sqrt(x*x+y*y) + 1e-6;
            double z = 5*(sin(r)/r);
            ptriple[i][j] = Qwt3D::Triple(x,z,y);
        }
    }

    // 创建图形窗口
    Qwt3D::SurfacePlot plot;
    plot.setData(data);

    // 设置坐标轴和缩放器
    Qwt3D::CoordinateAxis* axis = plot.coordinateSystem();
    Qwt3D::CoordSysZoomer* zoomer = new Qwt3D::CoordSysZoomer(plot);
    zoomer->setMouseModifiers(Qt::NoModifier);
    axis->setZoomer(zoomer);

    // 设置图形属性
    plot.setCoordinateStyle(Qwt3D::FRAME);
    plot.setLineSmooth(true);
    plot.setPlotStyle(Qwt3D::PM_MESH);
    plot.setMeshPen(QPen(Qt::gray, 0.0, Qt::SolidLine));
    plot.setLightPosition(Qwt3D::Triple(150,0,70));
    plot.setMaterial(Qwt3D::defaultMaterial(Qwt3D::Lines));
    plot.setNormalization(true);
    plot.setAlpha(255);
    plot.drawAxes(true);
    plot.updateData();

    // 显示图形窗口
    plot.show();

    return a.exec();
}

五、结语

QwtPlot3D是一个强大的三维数据可视化工具，可以帮助我们高效地分析和理解三维数据。使用QwtPlot3D库，我们可以快速创建各种类型的三维图形，并灵活地调整渲染方式和相机视角。希望通过本文的介绍，可以让读者学会如何使用QwtPlot3D库进行三维数据可视化。