极坐标绘图 - QwtPolarPlot

QwtPolarPlot 是用于绘制极坐标图形的控件，与传统笛卡尔坐标系的 QwtPlot 不同，它使用角度和半径两个坐标轴，适合显示雷达图、方向分布、天文数据等圆形数据。

主要功能特性

• 使用角度（0-360°）和半径作为坐标轴
• 在极坐标系中绘制曲线
• 提供同心圆和角度射线网格
• 支持极坐标系下的缩放和平移

基本概念

极坐标结构

下面的示意图给出极坐标画布的布局：每个数据点由方位角与半径定位，同心圆对应半径刻度，从极点发出的射线对应角度刻度：

          90°
           │
    135°   │   45°
      \    │    /
       \   │   /
        \  │  /
  180°───●─+─●───0°
        /  │  \
       /   │   \
      /    │    \
    225°   │   315°
           │
          270°

● = 数据点
同心圆 = 半径刻度
射线 = 角度刻度

极坐标项类型

类名	说明
QwtPolarPlot	极坐标绘图主控件
QwtPolarCurve	极坐标曲线
QwtPolarGrid	极坐标网格
QwtPolarMarker	极坐标标记

使用方法

极坐标绘图的例子位于:examples/2D/polardemo，例子截图如下：

1. 创建极坐标绘图

一幅极坐标图由三部分组成：QwtPolarPlot 控件本身（用 setScale() 设定方位角与半径刻度）、作背景用的 QwtPolarGrid，以及若干 QwtPolarCurve。曲线消费包装在 QwtSeriesData<QwtPointPolar> 对象中的 QwtPointPolar 样本，并通过 setData() 传入；对普通的 QVector 样本，写一个极简的 QwtArraySeriesData 子类即可。下面的例子把它们组装成一张完整的图：

#include <QwtPolarPlot>
#include <QwtPolarGrid>
#include <QwtPolarCurve>
#include <qwt_series_data.h>

#include <cmath>

// QwtPolarCurve 消费 QwtSeriesData<QwtPointPolar>；
// 基于数组的极简子类只需补一个包围盒实现
class PolarSeriesData : public QwtArraySeriesData<QwtPointPolar>
{
public:
    PolarSeriesData(const QVector<QwtPointPolar>& samples)
        : QwtArraySeriesData<QwtPointPolar>(samples)
    {
    }

    virtual QRectF boundingRect() const override
    {
        if (cachedBoundingRect.width() < 0.0)
            cachedBoundingRect = qwtBoundingRect(*this);

        return cachedBoundingRect;
    }
};

// 创建极坐标绘图
QwtPolarPlot* polarPlot = new QwtPolarPlot();
polarPlot->setTitle("极坐标图示例");

// 设置角度范围（默认0-360度）
polarPlot->setScale(QwtPolar::Azimuth, 0.0, 360.0);

// 设置半径范围
polarPlot->setScale(QwtPolar::Radius, 0.0, 100.0);

// 创建极坐标网格
QwtPolarGrid* grid = new QwtPolarGrid();
grid->setPen(QPen(Qt::gray, 0.5));
grid->attach(polarPlot);

// 创建极坐标曲线
QwtPolarCurve* curve = new QwtPolarCurve("曲线数据");

// 准备数据（角度，半径）
QVector<QwtPointPolar> samples;
for (int angle = 0; angle < 360; angle += 10) {
    const double radius = 50 + 30 * std::sin(angle * 3.0 * M_PI / 180.0);
    samples << QwtPointPolar(angle, radius);
}
curve->setData(new PolarSeriesData(samples));
curve->setPen(QPen(Qt::blue, 2));

curve->attach(polarPlot);
polarPlot->replot();

2. 极坐标网格配置

QwtPolarGrid 负责两族网格线：showGrid() 按刻度 id（QwtPolar::Azimuth / QwtPolar::Radius）开关方位角射线与半径同心圆；showAxis() 则分别控制 QwtPolar::AxisAzimuth、AxisLeft、AxisRight、AxisTop、AxisBottom 各轴刻度标签的显示：

QwtPolarGrid* grid = new QwtPolarGrid();

// 显示角度网格线（射线）
grid->showGrid(QwtPolar::Azimuth, true);

// 显示半径网格线（同心圆）
grid->showGrid(QwtPolar::Radius, true);

// 设置网格样式
grid->setPen(QPen(Qt::lightGray, 0.5));

// 显示刻度标签
grid->showAxis(QwtPolar::AxisAzimuth, true);  // 角度标签
grid->showAxis(QwtPolar::AxisLeft, true);     // 左侧半径标签
grid->showAxis(QwtPolar::AxisRight, true);    // 右侧半径标签
grid->showAxis(QwtPolar::AxisTop, true);      // 顶部半径标签
grid->showAxis(QwtPolar::AxisBottom, true);   // 底部半径标签

3. 极坐标曲线样式

QwtPolarCurve::setStyle() 在 Lines（点间直线连接，可经曲线拟合器平滑）与 NoCurve（只画符号）之间选择，大于 UserCurve（100）的值保留给用户自定义样式；画笔与 QwtSymbol 的设置方式与笛卡尔曲线完全一致：

#include <QwtSymbol>

QwtPolarCurve* curve = new QwtPolarCurve();

// 设置曲线样式
curve->setStyle(QwtPolarCurve::Lines);  // 连线样式
// 可选样式：NoCurve（只画符号）、Lines、UserCurve（>100，
// 保留给用户自定义样式）；散点效果用 NoCurve + 符号实现

// 设置线条样式
curve->setPen(QPen(Qt::red, 2));

// 设置符号
QwtSymbol* symbol = new QwtSymbol(QwtSymbol::Ellipse, 
    QBrush(Qt::red), QPen(Qt::darkRed), QSize(5, 5));
curve->setSymbol(symbol);

4. 角度范围设置

方位角轴使用常规的 setScale() / setScaleMaxMajor() 调用：把范围限制成一个扇形（如 0–180°）、限定主刻度数量，或交换上下限来反转角度方向：

// 设置角度范围（例如仅显示0-180度）
polarPlot->setScale(QwtPolar::Azimuth, 0.0, 180.0);

// 设置角度步进
polarPlot->setScaleMaxMajor(QwtPolar::Azimuth, 8);  // 8个主刻度（每45度）

// 反转角度方向
polarPlot->setScale(QwtPolar::Azimuth, 360.0, 0.0);  // 从360到0递减

5. 半径范围设置

半径轴的调整方式相同，setScaleMaxMinor() 还可控制两个主刻度之间的次刻度数；对跨多个数量级的数据，可用 setScaleEngine() 为半径刻度换上对数引擎（QwtLogScaleEngine，与笛卡尔轴使用同一个 core 引擎）：

// 设置半径范围
polarPlot->setScale(QwtPolar::Radius, 0.0, 200.0);

// 设置半径刻度
polarPlot->setScaleMaxMajor(QwtPolar::Radius, 5);   // 5个主刻度
polarPlot->setScaleMaxMinor(QwtPolar::Radius, 4);   // 每区间4个次刻度

// 对数半径刻度（此时半径区间必须为正值）
#include <QwtScaleEngine>
polarPlot->setScaleEngine(QwtPolar::Radius, new QwtLogScaleEngine());
polarPlot->setScale(QwtPolar::Radius, 1.0, 200.0);

6. 极坐标标记

QwtPolarMarker 用于标注以 QwtPointPolar 给出的单个位置：setSymbol() 在该处绘制图标，setLabel() 配合 setLabelAlignment() 附加一个按指定方式对齐的 QwtText 文字说明：

#include <QwtPolarMarker>
#include <QwtSymbol>

QwtPolarMarker* marker = new QwtPolarMarker();

// 设置标记位置
marker->setPosition(QwtPointPolar(90.0, 80.0));  // 角度90°，半径80

// 设置标记符号
QwtSymbol* symbol = new QwtSymbol(QwtSymbol::Cross, 
    Qt::NoBrush, QPen(Qt::red, 2), QSize(10, 10));
marker->setSymbol(symbol);

// 设置标签
QwtText label("关键点");
label.setColor(Qt::red);
marker->setLabel(label);
marker->setLabelAlignment(Qt::AlignCenter);

marker->attach(polarPlot);

极坐标轴标识

标识	枚举值	说明
角度轴	QwtPolar::Azimuth	角度坐标（0-360°）
半径轴	QwtPolar::Radius	半径坐标

数据点结构

所有极坐标 item 都使用 QwtPointPolar 样本：它只是把方位角（度数）与半径配对，通过 azimuth() / radius() 读取；接受 QPointF 的构造函数会自动完成笛卡尔坐标转换，toPoint() 则转换回去：

// 极坐标点
QwtPointPolar point(90.0, 80.0);  // 角度90°，半径80

double a = point.azimuth();  // 角度
double r = point.radius();   // 半径

// 可从笛卡尔坐标转换
QwtPointPolar polar(QPointF(1.0, 1.0));  // 自动计算角度和半径
QPointF cartesian = polar.toPoint();     // 也可转换回去

核心方法总结

QwtPolarPlot

方法	说明
setScale()	设置坐标轴范围
setScaleMaxMajor()	设置主刻度数量
setScaleMaxMinor()	设置次刻度数量
setScaleEngine()	设置刻度引擎
replot()	刷新绘图

QwtPolarCurve

方法	说明
setData()	设置数据（接管 QwtSeriesData<QwtPointPolar> 对象的所有权）
setStyle()	设置曲线样式
setPen()	设置线条样式
setSymbol()	设置数据点符号

提示 — 极坐标应用场景

• 雷达显示
• 天文数据（星图）
• 方向分布统计
• 天线辐射图

示例 — 相关示例

• 极坐标演示：examples/2D/polardemo
• 极坐标光谱图：examples/2D/polarspectrogram

极坐标光谱图的例子截图如下：