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Qwt 7.0 新特性

qwt_figure

Qwt 7.0 是基于原版 Qwt 6.2.0 的现代化改进版本，遵循 Qwt 的开源协议（LGPL），由社区维护并持续更新。Qwt 7.0 增加了 C++11/17 标准支持和 CMake 构建系统，并引入了下文介绍的新功能。

2D/3D绘图一体化

说明 — qwt同时支持2D/3D

Qwt 7.0 将原 QwtPlot3D 库整合进来，现在一个库就能同时满足二维和三维数据可视化需求。

3D绘图模块概述

Qwt 7.0 内置 3D 绘图能力，支持：

  • Plot + Item 架构：Qwt3DPlot（渲染窗口）+ Qwt3DPlotItem（绘图item），与2D的 QwtPlot + QwtPlotItem 对称
  • 多种绘图类型：表面图、网格图、参数曲面、函数绘图等
  • 现代OpenGL渲染：VBO/VAO + GLSL 3.3 Core着色器（不使用旧版固定管线）
  • 交互操作：鼠标旋转、缩放、平移视角
  • 光照和材质：可配置的光照与材质
  • 颜色映射：根据Z值自动映射颜色，支持颜色条

3D绘图效果

simpleplot3D

核心类介绍

类名 说明
Qwt3DPlot 3D渲染窗口（QOpenGLWidget），管理GL上下文、视图、光照、坐标系统和item列表
Qwt3DPlotItem 所有3D绘图item的抽象基类（attach/detach/draw/hull）
Qwt3DSurface 3D表面图item，显示连续曲面（同时支持网格和单元数据）
Qwt3DFunction 数据生成器，根据 z = f(x, y) 数学函数生成曲面

说明 — 无命名空间

所有3D类直接使用 Qwt3D 前缀定义在全局作用域（如 Qwt3DPlot、Qwt3DSurface）。不再有 namespace Qwt3D。

使用示例

一个最小的 3D 程序只需三个部件：渲染窗口 Qwt3DPlot、挂到它上面的 Qwt3DSurface 曲面 item，以及一个定义 z = f(x, y) 的 Qwt3DFunction 子类。setDomain() 限定 x/y 范围，setMesh() 决定网格分辨率，create() 把函数采样成曲面，示例如下：

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#include <qwt3d_plot.h>
#include <qwt3d_surface.h>
#include <qwt3d_function.h>

// 创建渲染窗口
Qwt3DPlot* plot = new Qwt3DPlot();

// 创建曲面item并挂载到渲染窗口
Qwt3DSurface* surface = new Qwt3DSurface();
surface->attach(plot);

// 定义数学函数
class MyFunction : public Qwt3DFunction
{
public:
    double operator()(double x, double y) override
    {
        return std::sin(x) * std::cos(y);
    }
};

MyFunction* func = new MyFunction(*surface);
func->setDomain(-5, 5, -5, 5);  // x和y范围
func->setMesh(50, 50);           // 50x50网格
func->create();

plot->setRotation(30, 0, 45);   // 设置视角
plot->show();

CMake配置

3D 模块是独立的 CMake target：qwt::plot 是 2D 绘图库，qwt::plot3d 是 3D 模块，不需要 3D 的工程可以不链接后者，配置如下：

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find_package(qwt REQUIRED)

# 链接2D绘图库
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE qwt::plot)

# 链接3D绘图库（可选）
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE qwt::plot3d)

提示 — 2D/3D一体化优势

  • 统一引入：无需单独引入两个库，简化项目依赖
  • 一致风格：2D和3D绘图API风格统一，降低学习成本
  • 灵活选择：根据需求独立链接2D或3D模块

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 3D绘图简介，示例代码位于 examples/3D/simpleplot3D

架构与构建升级

C++11/17 标准支持

Qwt 7.0 使用的 C++ 标准取决于 Qt 版本：

  • Qt5.12+：使用 C++11 标准
  • Qt6：使用 C++17 标准

代码因此可以使用 auto、nullptr、override、final、lambda 表达式、智能指针等现代 C++ 特性。

CMake 构建系统

Qwt 7.0 用 CMake 取代了 qmake：

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find_package(qwt REQUIRED)
# 2D绘图
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE qwt::plot)
# 3D绘图
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} PRIVATE qwt::plot3d)

单文件引入方式

Qwt 7.0 还可以把整个库合并成两个文件：

  • src-amalgamate/QwtPlot.h — 合并后的单一头文件
  • src-amalgamate/QwtPlot.cpp — 合并后的单一源文件

把这两个文件加入项目即可，无需构建配置，适合小型项目和快速原型开发。

警告 — 自动生成文件

单文件是由工具自动合成的，请勿直接编辑 QwtPlot.h 和 QwtPlot.cpp 文件。

QwtFigure — 多绘图布局容器

说明 — 核心新特性

QwtFigure 是 Qwt 7.0 新增的类，提供类似 matplotlib Figure 的多绘图布局能力。

功能概述

QwtFigure 是组织多个 QwtPlot 组件的容器窗口，提供：

  • 归一化坐标布局：使用 [0,1] 范围内的坐标系统进行相对位置控制
  • 网格布局：行列式的网格排列，参考 matplotlib 的 subplot 方式
  • 寄生绘图支持：在同一个绘图区域内创建多个独立坐标轴
  • 图形导出：支持高分辨率图片输出

使用示例

QwtFigure 接受两种坐标体系来添加子绘图：addAxes() 用归一化的 [0,1] 矩形摆放 QwtPlot，addGridAxes() 则把它放进类似 matplotlib subplot 的行列网格；setSizeInches() 设定图形的物理尺寸，示例如下：

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// 创建 QwtFigure
QwtFigure* figure = new QwtFigure();
figure->setSizeInches(8, 6);      // 设置图形尺寸为8x6英寸

// 使用归一化坐标添加绘图
QwtPlot* plot1 = new QwtPlot();
figure->addAxes(plot1, 0.0, 0.0, 0.5, 0.5);  // 左上角四分之一区域

// 使用网格布局添加绘图（类似matplotlib subplot）
QwtPlot* plot2 = new QwtPlot();
figure->addGridAxes(plot2, 2, 2, 0, 1);  // 2x2网格，第0行第1列

坐标轴对齐功能

当多个子绘图的刻度范围不同时，刻度线可能不对齐，影响视觉效果。QwtFigure 提供了坐标轴对齐功能：

figure-scale-not-aligment

通过 addAxisAlignment 函数可以指定子绘图的坐标轴进行对齐：

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figure->addAxisAlignment({ plot1, plot3, hostPlot }, QwtAxis::YLeft);

对齐后的效果：

figure-scale-aligment

交互式操作蒙版

QwtFigureWidgetOverlay 为 QwtFigure 增加交互操作：

figure-widget-overlay

  • 支持鼠标拖拽调整子绘图的位置和大小
  • 支持选择当前激活的绘图组件
  • 提供清晰的可视化反馈（边框、控制点、尺寸信息）

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 QwtFigure绘图容器窗口，示例代码位于 examples/2D/figure

寄生绘图 — 多坐标轴系统

说明 — 核心新特性

寄生绘图（Parasite Axes）允许在同一绘图区域内创建任意多个独立坐标轴，可以处理多Y轴、多X轴的绘图需求。

工作原理

寄生绘图与宿主绘图共享绘图区域（透明背景），但拥有独立的坐标系统。当宿主绘图被销毁时，寄生绘图也会自动销毁，生命周期自动管理。

parasite-01

创建寄生绘图

寄生绘图由宿主通过 QwtPlot::createParasitePlot() 创建，QwtAxis::Position 参数决定它落在哪个轴上；随后可以用 enableAxis() 开关寄生绘图自己的坐标轴，用 setParasiteShareAxis() 让它与宿主共享某个轴（如底部 X 轴），示例如下：

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// 创建宿主绘图
QwtPlot* hostPlot = new QwtPlot();

// 创建寄生绘图，显示在YLeft轴
QwtPlot* parasitePlot = hostPlot->createParasitePlot(QwtAxis::YLeft);

// 设置寄生绘图的坐标轴
parasitePlot->enableAxis(QwtAxis::YRight, true);
parasitePlot->setParasiteShareAxis(QwtAxis::XBottom);  // 与宿主共享X轴

// 添加曲线到寄生绘图
QwtPlotCurve* curve = new QwtPlotCurve("Parasite Curve");
curve->setSamples(...);
curve->attach(parasitePlot);

多寄生绘图叠加

可以创建多个寄生绘图，实现任意数量的坐标轴叠加：

parasite-plot

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 寄生绘图使用指南，示例代码位于 examples/2D/parasitePlot

交互功能重构

说明 — 重要改进

Qwt 7.0 重构了交互控件，主要变化如下。

实时平移 — QwtPlotPanner

原版 Qwt 的 QwtPanner 使用位图缓存进行平移，平移过程中无法看到数据的实时变化。Qwt 7.0 重构了 QwtPlotPanner，基于 QwtPicker 状态机实现实时平移：

qwt-realtime-panner

特性：

  • 线性坐标轴、对数坐标轴、日期时间坐标轴全支持
  • 多坐标轴实时同步移动
  • 平移过程中绘图实时刷新

整体画布缩放 — QwtPlotCanvasZoomer

原版 QwtPlotZoomer 只能绑定两个坐标轴，无法处理四轴同时缩放的场景。Qwt 7.0 新增 QwtPlotCanvasZoomer，无需指定坐标轴，自动处理整个画布的缩放：

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// 创建整体画布缩放器
QwtPlotCanvasZoomer* canvasZoomer = new QwtPlotCanvasZoomer(plot->canvas());

类名变更说明

为保持命名清晰，部分类名进行了调整：

原名称 新名称 说明
QwtPlotZoomer QwtPlotAxisZoomer 只能绑定2个坐标轴，更名为轴缩放器
- QwtPlotCanvasZoomer 新增：整体画布缩放器
QwtPanner QwtCachePanner 带缓存的平移器
QwtPlotPanner QwtPlotCachePanner 带缓存的绘图平移器
- QwtPlotPanner 新增：实时平移器

提示 — 迁移提示

原有代码基本无需修改，新接口保持向后兼容。如需使用原来的缓存式平移，可使用 CachePanner 相关类。

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 平移工具 和 缩放工具

坐标轴内置交互动作

说明 — 新特性 v7.0.5+

坐标轴交互动作允许用户通过鼠标直接操作坐标轴，体验类似 QCustomPlot 的交互方式。

功能演示

坐标轴拖动操作：

qwt-scale-builtin-action-pan

  • 左键单击选中坐标轴
  • 拖动移动坐标轴范围
  • 右键取消选中

坐标轴滚轮缩放：

qwt-scale-builtin-action-zoom

  • 左键选中坐标轴
  • 滚轮缩放，缩放中心为鼠标位置
  • 右键取消选中

使用方法

Qwt 7 默认启用坐标轴交互功能：

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// 全局启用/禁用
plot->setEnableScaleBuildinActions(true);

// 单独配置某个坐标轴的行为
plot->axisWidget(QwtAxis::XBottom)->setBuildinActions(QwtScaleWidget::ActionClickPan);

选中效果自定义

选中坐标轴时，可以自定义视觉效果：

scale-selected

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// 设置选中颜色
plot->axisWidget(QwtAxis::YLeft)->setSelectionColor(Qt::blue);

// 设置选中后画笔宽度增加
plot->axisWidget(QwtAxis::YLeft)->setSelectedPenWidthOffset(1.5);

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 坐标轴交互动作

数据拾取功能

说明 — 新特性 v7.0.6+

QwtPlotSeriesDataPicker 在鼠标移动时显示数据点信息。

功能演示

series-data-picker

两种拾取模式

Y值拾取模式：

series-data-picker-yvalue

显示当前 X 位置对应所有曲线的 Y 值，支持线性插值计算。

最近点拾取模式：

series-data-picker-nearest-value

计算距离鼠标最接近的点进行拾取，适合峰值数据拾取场景。

使用示例

QwtPlotSeriesDataPicker 构造在绘图画布上，两个枚举决定其行为：setPickMode() 在 PickYValue（当前 X 位置处所有曲线的 Y 值，默认）与 PickNearestPoint（离鼠标最近的样本点）之间选择，setInterpolationMode() 则在 NoInterpolation 与 LinearInterpolation 之间切换；下面的示例还用 setTextBackgroundBrush() 调整了提示文本的背景：

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// 创建数据拾取器
QwtPlotSeriesDataPicker* picker = new QwtPlotSeriesDataPicker(plot->canvas());

// 设置拾取模式
picker->setPickMode(QwtPlotSeriesDataPicker::PickYValue);

// 启用线性插值
picker->setInterpolationMode(QwtPlotSeriesDataPicker::LinearInterpolation);

// 自定义显示文本
picker->setTextBackgroundBrush(QBrush(QColor(255, 255, 255, 180)));

性能优化

针对大数据集，Qwt 7 提供了窗口搜索算法：

  • 默认启用阈值：1000 个数据点
  • 搜索窗口默认为曲线点数的 5%
  • 避免全曲线遍历，提高拾取性能

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 数据拾取

新增图表类型

箱线图 — QwtPlotBoxChart

说明 — 新特性 v7.2.0+

QwtPlotBoxChart 绘制箱线图（Box-and-Whisker Plot），用于展示数据分布。

BoxChart

功能特性

  • 支持预计算数据和原始数据自动计算两种方式
  • 多种须须计算方法：Tukey(1.5×IQR)、百分位数、最小最大值、标准差、标准误
  • 三种箱体样式：矩形、菱形、缺口形
  • 垂直和水平方向切换
  • 异常值自动检测、自定义符号和抖动显示

箱线图结构

about-boxplot

使用示例

QwtPlotBoxChart 既接受预计算的统计量也接受原始样本：预计算时每个 QwtBoxSample 携带位置、下/上须、Q1、中位数与 Q3，通过 setSamples() 传入；setBoxStyle() 选择箱体样式（Rectangle、Diamond 或 Notch），示例如下：

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// 创建箱线图
QwtPlotBoxChart* boxChart = new QwtPlotBoxChart("数据组A");
boxChart->attach(plot);

// 设置预计算的统计数据
QVector<QwtBoxSample> samples;
samples << QwtBoxSample(1.0, 10.0, 20.0, 35.0, 50.0, 60.0);
boxChart->setSamples(samples);

// 设置样式
boxChart->setBrush(QColor(100, 150, 200, 150));
boxChart->setBoxStyle(QwtPlotBoxChart::Notch);

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 箱线图使用指南，示例代码位于 examples/2D/boxchart

其他实用功能

刻度朝内显示

说明 — 新特性 v7.2.1+

支持将坐标轴刻度线显示在绘图区域内部，适合紧凑布局场景。

ticks_inside

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// 设置刻度朝内
plot->setAxisTickDirection(QwtAxis::YLeft, QwtPlot::TickInside);
plot->setAxisTickDirection(QwtAxis::XBottom, QwtPlot::TickInside);

示例 — 完整示例

详细使用方法请参考 刻度朝内显示使用指南，示例代码位于 examples/2D/ticks_inside

NaN/Inf 异常值处理

Qwt 7.0 改进了数据中异常值（NaN、Inf）的处理：

  • QwtPointMapper 添加异常值处理，数据异常不会导致坐标映射错误
  • 数据范围判断增加异常值过滤
  • 绘图不会因异常数据崩溃

QwtGridRasterData 网格插值

新增的 QwtGridRasterData 类与 QwtMatrixRasterData 的区别在于：

  • 支持二维数据表输入
  • 支持 X/Y 轴网格插值
  • 光谱图数据的更多处理方式

柱状图接口增强

QwtPlotBarChart 接口增强，支持：

  • Pen（画笔）样式设置
  • Brush（填充）样式设置
  • 更多的柱状图外观选项

迁移指南

类名变更对照

原名称 新名称 迁移建议
QwtPlotZoomer QwtPlotAxisZoomer 代码中替换类名即可
QwtPanner QwtCachePanner 如需缓存式平移则替换
QwtPlotPanner QwtPlotCachePanner 如需缓存式平移则替换
- QwtPlotPanner 新功能：实时平移
- QwtPlotCanvasZoomer 新功能：整体缩放

API 变更说明

  • QwtLinearColorMap::colorStop() → stopPos()
  • QwtLinearColorMap 新增 stopColors() 方法

兼容性

  • Qt5.12+ 完全兼容
  • Qt6 完全支持
  • 大部分 Qwt 6.x 代码可直接使用，仅需少量类名替换

总结

Qwt 7.0 的变化可以分为以下几类：

类别 新特性
架构升级 C++11/17、CMake构建、单文件引入
2D/3D一体化 QwtPlot3D融合、统一库支持2D和3D绘图
布局功能 QwtFigure多绘图容器、寄生绘图多坐标轴
交互改进 实时平移、整体画布缩放、坐标轴内置交互
数据拾取 Y值拾取、最近点拾取、智能插值
图表类型 箱线图、刻度朝内显示、3D表面图/网格图
稳定性 NaN/Inf处理、异常值过滤

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