QwtPlot3D：三維數據可視化的最佳實踐

一、QwtPlot3D介紹

QwtPlot3D是一個用於實現三維數據可視化的C++庫，其主要特性包括：

1、支持多種類型的三維圖形，如曲面、網格、散點圖和柱狀圖等；

2、支持多種渲染方式，包括純色、映射、灰度和顏色映射等；

3、支持多種相機視角，包括透視和正交視角等；

4、支持圖像保存和打印功能。

通過QwtPlot3D庫，我們可以高效地可視化複雜的三維數據，從而更好地理解數據。

二、安裝QwtPlot3D

在Ubuntu中，我們可以通過以下命令安裝QwtPlot3D庫：

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

在Windows中，我們可以從QwtPlot3D的官網http://qwtplot3d.sourceforge.net/下載相應的安裝包並進行安裝。

三、創建QwtPlot3D圖

QwtPlot3D的主要組成部分是一個圖形窗口(Qwt3D::SurfacePlot)、一個數據源(Qwt3D::SurfaceData)以及一個坐標軸(Qwt3D::Axis)。下面是一個創建QwtPlot3D圖的例子：

#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);
     
    // 創建圖形窗口
    Qwt3D::SurfacePlot plot;
     
    // 創建數據源
    Qwt3D::SurfaceData data;
     
    // 設置數據
    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);
     
    // 設置坐標軸
    Qwt3D::CoordSysZoomer* zoomer = new Qwt3D::CoordSysZoomer(plot);
    zoomer->setMouseModifiers(Qt::NoModifier);
    Qwt3D::CoordinateAxis* axis = plot.coordinateSystem();
    axis->setZoomer(zoomer);
     
    // 將數據源添加到圖形窗口中
    plot.setData(data);
     
    // 顯示圖形窗口
    plot.show();
     
    return a.exec();
}

四、QwtPlot3D圖示例

下面是一個使用QwtPlot3D庫實現的曲面數據可視化的例子。

#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);

    // 初始化數據
    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);

    // 生成曲面數據
    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);
        }
    }

    // 創建圖形窗口
    Qwt3D::SurfacePlot plot;
    plot.setData(data);

    // 設置坐標軸和縮放器
    Qwt3D::CoordinateAxis* axis = plot.coordinateSystem();
    Qwt3D::CoordSysZoomer* zoomer = new Qwt3D::CoordSysZoomer(plot);
    zoomer->setMouseModifiers(Qt::NoModifier);
    axis->setZoomer(zoomer);

    // 設置圖形屬性
    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();

    // 顯示圖形窗口
    plot.show();

    return a.exec();
}

五、結語

QwtPlot3D是一個強大的三維數據可視化工具，可以幫助我們高效地分析和理解三維數據。使用QwtPlot3D庫，我們可以快速創建各種類型的三維圖形，並靈活地調整渲染方式和相機視角。希望通過本文的介紹，可以讓讀者學會如何使用QwtPlot3D庫進行三維數據可視化。