qt 3D编程

Qt 3D是一个用于构建交互式3D图形应用的库，它是Qt库的一
部分。Qt 3D提供了一组C++和QMLAPI，帮助开发者快速构
建3D应用程序。

一、核心模块

  1. Qt3DCore

    • 功能：提供3D场景中的基本概念，如实体（Entity）、组件（Component）、节点（Node）等。这些基本类构成了Qt 3D中的场景树（Scene Tree），用于描述3D世界中的对象及其属性。
    • 关键类：QEntity（表示3D场景中的一个实体，可以包含多个组件）、QComponent（实体的组成部分，如变换、几何形状、材质等）、QNode（场景树中的基本元素，代表一个对象或属性）、QTransform（用于定义实体的位置、旋转和缩放）等。

  2. Qt3DRender

    • 功能：负责处理渲染管道、材质、光源等渲染相关的功能。
    • 关键类：QCamera（定义观察3D场景的摄像机）、QMesh（表示3D模型，包含顶点、法线、纹理坐标等信息）、QMaterial（定义3D对象的材质属性，如颜色、纹理等）、QTechnique（定义渲染技术，如OpenGL版本、着色器等）、QRenderSettings（设置渲染参数，如渲染策略、帧率等）、QLight（表示光源，用于照亮场景中的物体，如点光源、平行光和聚光灯）、QRenderAspect（管理渲染过程，包括管线设置、资源加载和帧更新）、QFrameGraphNode（定义渲染过程中的各个阶段，构成渲染帧图）、QRenderPass（表示渲染过程中的一个阶段，如几何处理或光照计算）、QShaderProgram（管理顶点着色器、片段着色器和几何着色器等）、QShaderProgramBuilder（用于构建着色器程序）、QParameter（用于向着色器传递参数，如材质属性、光源信息和变换矩阵等）等。

  3. Qt3DInput

    • 功能：用于处理用户输入，如键盘、鼠标和触摸屏输入。
    • 关键类：QInputAspect（管理输入事件的处理，如键盘、鼠标和触摸屏等）、QInputSettings（配置输入设备）、QMouseDevice（表示鼠标设备）、QKeyboardDevice（表示键盘设备）、QMouseHandler（处理鼠标事件）、QKeyboardHandler（处理键盘事件）等。

  4. Qt3DAnimation

    • 功能：提供关键帧、骨骼动画和变形动画等功能。
    • 关键类：QAnimationAspect（负责管理和驱动场景中的动画效果）、QAbstractAnimationClip（表示一个动画片段，包含一组关键帧）、QAbstractClipAnimator（用于将动画片段应用到实体上）、QChannelMapper（将动画片段的通道映射到实体的属性上）等。

  5. Qt3DLogic

    • 功能：用于处理游戏逻辑和事件系统。
    • 关键类：QLogicAspect（处理逻辑更新，如物理模拟、动画等）等。

  6. Qt3DExtras

    • 功能：提供了一些实用的预制组件和功能，如简单几何体、摄像机控制器等。
    • 关键类：QConeMesh（创建圆锥几何形状）、QCylinderMesh（创建圆柱几何形状）、QSphereMesh（创建球体几何形状）、QPhongMaterial（使用Phong光照模型的材质，提供了漫反射、镜面反射和环境光效果）、QGoochMaterial（使用Gooch光照模型的材质，适用于非真实感渲染（NPR））、QNormalDiffuseMapMaterial（使用法线贴图和漫反射贴图的材质，可以实现更真实的表面细节效果）等。

二、相机的设置与控制

在Qt 3D中，相机的设置和控制是通过Qt3DRender::QCamera类实现的。QCamera类提供了多种属性和方法，可以方便地设置相机的视角、位置和朝向等参数。以下是一些常用的方法：

  1. setProjectionType()：设置投影类型，如透视投影（PerspectiveProjection）和正交投影（OrthographicProjection）。
  2. setFieldOfView()：设置视场角（仅对透视投影有效）。
  3. setAspectRatio()：设置宽高比。
  4. setNearPlane()和setFarPlane()：设置相机的近裁剪平面和远裁剪平面。
  5. setPosition()和setViewCenter()：设置相机的位置和观察中心点。
  6. setUpVector()：设置相机的上向量，用于确定相机的朝向。

三、构建基本的三维场景

以下是使用Qt 3D构建一个基本三维场景的步骤：

  1. 创建场景根节点：通常使用QEntity作为根节点，它将包含场景中的所有实体。
  2. 添加实体：为场景添加几何形状、光源、摄像机等实体。这些实体通常包含多个组件，如QMesh、QMaterial、QLight等。
  3. 设置变换：为实体添加QTransform组件，设置它们在场景中的位置、旋转和缩放等属性。
  4. 配置摄像机：设置摄像机的位置、朝向和投影矩阵，以控制渲染的视角和视野。
  5. 处理输入事件：使用Qt3DInput模块中的类来捕捉和处理用户输入，如键盘、鼠标和触摸屏等。
#include <QVBoxLayout>
#include <Qt3DExtras/Qt3DWindow>
#include <Qt3DRender/QCamera>
#include <Qt3DCore/QEntity>
#include <Qt3DRender/QMesh>
#include <Qt3DExtras/QPhongMaterial>
#include <Qt3DCore/QTransform>
#include <Qt3DInput/QInputAspect>
#include <QForwardRenderer>
#include <QScreen>
#include <Qt3DRender/QCameraLens>
#include <QOrbitCameraController>
#include <Qt3DAnimation>int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);QWidget *mainWindow = new QWidget;QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout(mainWindow);Qt3DExtras::Qt3DWindow *view = new Qt3DExtras::Qt3DWindow();view->defaultFrameGraph()->setClearColor(QColor(QRgb(0x4d4d4f)));QWidget *container = QWidget::createWindowContainer(view);QSize screenSize = view->screen()->size();container->setMinimumSize(QSize(708,574));container->setMaximumSize(screenSize);layout->addWidget(container);mainWindow->show();Qt3DCore::QEntity *rootEntity = new Qt3DCore::QEntity;Qt3DRender::QCamera *camera = view->camera();camera->lens()->setPerspectiveProjection(40.0f, 708.0f / 574.0f, 0.1f, 1000.0f);camera->setPosition(QVector3D(0,13.5,16.65f));camera->setViewCenter(QVector3D(0,0, -3.35));camera->setUpVector(QVector3D(0.0, 1.0, 0.0));camera->setProjectionType(Qt3DRender::QCameraLens::PerspectiveProjection);Qt3DCore::QEntity *cubeEntity = new Qt3DCore::QEntity(rootEntity);Qt3DRender::QMesh *cubeMesh = new Qt3DRender::QMesh;cubeMesh->setSource(QUrl::fromLocalFile((":/res/zhiche.obj")));Qt3DExtras::QPhongMaterial *cubeMaterial = new Qt3DExtras::QPhongMaterial;cubeMaterial->setDiffuse(QColor(QRgb(0xffffff)));//0xbeb32bQt3DCore::QTransform *cubeTransform = new Qt3DCore::QTransform;cubeTransform->setScale(0.1f);//cubeTransform->setRotation(QQuaternion::fromAxisAndAngle(QVector3D(0,1,0), 45.0f));cubeTransform->setTranslation(QVector3D(0.0f, -80.0f, -100.0f));// 定时器每帧更新旋转QTimer *timer = new QTimer();QObject::connect(timer, &QTimer::timeout, [=]() {static float angle = 0.0f;angle += 1.0f; // 每次增加 1 度if (angle >= 360.0f) {angle = 0.0f; // 重置到 0}cubeTransform->setRotation(QQuaternion::fromEulerAngles(0, angle, 0)); // 绕 Y 轴旋转});timer->start(16); // 每 16ms 更新一次（约60fps）cubeEntity->addComponent(cubeMesh);cubeEntity->addComponent(cubeMaterial);cubeEntity->addComponent(cubeTransform);view->setRootEntity(rootEntity);// InputhandlingQt3DInput::QInputAspect *input = new Qt3DInput::QInputAspect;view->registerAspect(input);Qt3DExtras::QOrbitCameraController *cameraController = new Qt3DExtras::QOrbitCameraController(rootEntity);cameraController->setCamera(camera);cameraController->setLinearSpeed(50.0f);cameraController->setLookSpeed(180.0f);mainWindow->setLayout(layout);mainWindow->show();return a.exec();
}

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