我的Qt作品（9）Qt使用Cairo绘图引擎提升抗锯齿效果【开源】

汉无为 2023-03-14 发布于湖北

展开全文

之前写了一篇文章《Qt使用GDI绘图（仅Windows平台）》

Qt使用GDI绘图（仅Windows平台）_libaineu2004的博客-CSDN博客

本篇重点介绍Cairo绘图引擎，Qt自带的QPainter的绘图效率和抗锯齿效果都没有cairo的好。cairo 的目标是以跨平台的方式在打印机和屏幕上产生相同的输出，它正在成为 Linux® 图形领域的重要软件。GNOME、GTK+、Pango 等许多软件已经使用了它提供的 2D 功能。另外，cairo 还支持生成 PostScript 或 PDF 输出，从而产生高质量的打印结果。在理想情况下，cairo 的用户可以在打印机和屏幕上获得非常接近的输出效果。

一、Cairo简介

Cairo：C编写的开源绘图引擎（基于LGPL协议），大名鼎鼎的FireFox就是用这个绘图引擎的。Cairo是非常流行的开源2D图形渲染引擎库，它支持包括X-Windos，Win32，图像，pdf在内的各种输出设备。目前，Cairo已被广泛的使用在多个平台上来渲染图形界面，包括Firefox/Webkit-EFL/GTK+/Poppler/Qt等等。Qt的QPainter提供的抗锯齿效果没有cairo的好。cairo是用C编写的，但是为大多数常用的语言提供了绑定。选用 C 语言有助于创建新的绑定，同时在进行C语言调用时可以提供高性能。应该特别注意Python绑定，它支持快速原型开发，而且降低了学习cairo绘图API的门槛。Cairo的绘图效率是接近GDI/GDIPlus的。经过优化算法，可以做到完全忽略绘图效率上的差别。此外，gtk不如qt流行，Qt支持cairo。

cairo 是一个矢量绘图（vector drawing）库，因此绘图需要对图形进行几何描述，而不是描述位图中填充的像素。在采用位图绘图（bitmap drawing）时，按照预先决定的布局用预先决定的颜色填充一系列像素，而且图形的质量与位图的大小成正比。在放大或修改位图图像时，位图绘图方法的效果就会变差。图像常常会变得模糊，就像是近距离观看背投电视或其他大屏幕电视时的效果。在某一距离上，图像可能看起来很清楚，但是靠近之后就会看到许多离散的点。因为数据无法定义预先定义的像素之间应该是什么，所以放大时会很明显地损失清晰度。计算机绘图系统和体系结构很早就出现了，cairo 的设计借鉴了 PostScript 和 PDF 模型的许多经验。cairo 之所以借鉴 PostScript 和 Portable Document Format（PDF）方法是因为，它们都使用数学语句定义图像。由于用几何方法表示图像，所以可以在任何时候在一定范围内计算几何描述，从而重新创建整个图像（或一部分图像）。图形的几何性质被表示为点、曲线和直线（这些元素构成了矢量）。

Cairo samples 官方样例

Examples 官方案例

Download

Index of /snapshots 抢鲜版源码

Index of /releases 稳定版源码，提供了C/C++，Python，R语言的支持。pixman是它的依赖库。

https://github.com/freedesktop/cairo C语言源码

https://github.com/pygobject/pycairo Python bindings for cairo

cairo / cairo-demos · GitLab

二、Cairo使用示例

例1、和Qt结合的原理是：Cairo画图到QImage的缓存（image.bits），再用QPainter把QImae贴图出来。


void MainWindow::paintEvent(QPaintEvent *pEvent)
{
    Q_UNUSED(pEvent);
    //原生的绘图
    QPainter p(this);
    p.drawLine(QPoint(0, 0), QPoint(150, 220));
    //使用cairo绘图引擎
    const char *pVersion = cairo_version_string();
    qDebug() << pVersion;
    //创建一张图QImage
    int iW = this->width();
    int iH = this->height();
    QImage image(iW, iH, QImage::Format_ARGB32);
    unsigned char *pData = image.bits();
    int iLineStride = image.bytesPerLine();
    //将此图转换为cairo图
    cairo_surface_t *pCairoSurface = cairo_image_surface_create_for_data(pData, CAIRO_FORMAT_ARGB32, iW, iH, iLineStride);
    cairo_surface_set_device_scale(pCairoSurface, 1, 1);
    cairo_t *pCairoContext = cairo_create(pCairoSurface);
    cairo_surface_destroy(pCairoSurface);
    if (pCairoContext)
    {
        double x = 100.6, y = 328.0;
        double x1 = 102.4 + 100, y1 = 130.4,
               x2 = 153.6 + 240, y2 = 405.6,
               x3 = 230.4 + 400, y3 = 200;
        cairo_move_to(pCairoContext, x, y);
        cairo_curve_to(pCairoContext, x1, y1, x2, y2, x3, y3);
        cairo_set_line_width(pCairoContext, 1.0);           //设置线宽
        cairo_set_source_rgb(pCairoContext, 1.0, 0.0, 0.0); //设置线颜色
        cairo_stroke(pCairoContext);
        cairo_destroy(pCairoContext);
    }
    //贴图
    p.drawImage(this->rect(), image);
}

例2、读图片文件，并显示


//define params
int width, height, channels;
//read image data from file using stb_image.h
unsigned char* data = stbi_load(imagePath.c_str(), &width, &height, &channels, STBI_rgb_alpha);
//create surface with image size and format is ARGB32
this->imageSource = cairo_image_surface_create(CAIRO_FORMAT_ARGB32, width, height);
//get pointer of cairo data
unsigned char * surface_data = cairo_image_surface_get_data(this->imageSource);
//copy current data to surface pointer
memcpy(surface_data, data, width * height * 4 * sizeof(unsigned char));
//mark as dirty to refresh surface
cairo_surface_mark_dirty(this->imageSource);
//free image data
free(data);

或者


int              w, h;
cairo_surface_t *image;
image = cairo_image_surface_create_from_png ('data/romedalen.png');
w = cairo_image_surface_get_width (image);
h = cairo_image_surface_get_height (image);
cairo_translate (cr, 128.0, 128.0);
cairo_rotate (cr, 45* M_PI/180);
cairo_scale  (cr, 256.0/w, 256.0/h);
cairo_translate (cr, -0.5*w, -0.5*h);
cairo_set_source_surface (cr, image, 0, 0);
cairo_paint (cr);
cairo_surface_destroy (image);

三、完整的工程源码及库文件

本人使用的编程环境是QtCreator + MSVC2019 32/64位

https:///libaineu2004/cairo_demo

四、cairo的开源应用案例是scribus软件

scribus是开源项目，使用C++/Qt GUI

源码检索关键词【cairo_image_surface_create_for_data】

Cairo画图到QImage的缓存（image.bits），再用QPainter把QImae贴图出来。


canvas.cpp
void Canvas::drawContents(QPainter *psx, int clipx, int clipy, int clipw, int cliph)
{
	ScPainter *painter=nullptr;
	QImage img = QImage(clipw * devicePixelRatio(), cliph * devicePixelRatio(), QImage::Format_ARGB32_Premultiplied);
	img.setDevicePixelRatio(devicePixelRatio());
	painter = new ScPainter(&img, img.width(), img.height(), 1.0, 0);
	painter->clear(palette().color(QPalette::Window));
painter->newPath();
	painter->moveTo(0, 0);
	painter->lineTo(clipw, 0);
	painter->lineTo(clipw, cliph);
	painter->lineTo(0, cliph);
	painter->closePath();
	painter->setClipPath();
	painter->translate(-clipx, -clipy);
	painter->setZoomFactor(m_viewMode.scale);
	painter->translate(-m_doc->minCanvasCoordinate.x(), -m_doc->minCanvasCoordinate.y());
	painter->setLineWidth(1);
	painter->setFillMode(ScPainter::Solid);
painter->end();
	psx->drawImage(clipx, clipy, img);
	delete painter;
	painter=nullptr;
}

桌面排版软件Scribus v1.5.5源码编译，使用VS2017+Qt5.12.7环境_libaineu2004的博客-CSDN博客

x1.skia

Skia是一个开源的二维图形库，提供各种常用的API，并可在多种软硬件平台上运行。谷歌Chrome浏览器、Chrome OS、Fuchsia、安卓、Flutter、火狐浏览器、火狐操作系统以及其它许多产品都使用它作为图形引擎。Skia由谷歌出资管理，任何人都可基于BSD免费软件许可证使用Skia。Skia开发团队致力于开发其核心部分，并广泛采纳各方对于Skia的开源贡献。
Qt+Skia组合也是绘图的好方案

Windows环境VS2017编译skia库，亲测成功，借助skui的方法_libaineu2004的博客-CSDN博客