Thinking in Qt —— 项目开发最佳实践(三)

经常有淘宝客户咨询 Qt 3d 相关的问题

但其实，不同行业咨询的 Qt 3d 问题是大相径庭的

今天想专门谈一下这类问题

场景一：机械/工业可视化 —— “我要看清它怎么动”

演示：

代码说明：

这是 Qt 官方 demo RobotArm，演示了 QtQuick3D 的能力

典型需求：

客户发来一个 .fbx 或 .gltf 格式的模型（比如机械臂、AGV小车、或者一套流水线设备）。

需求通常是：

1. 加载模型并显示。

2. 鼠标控制旋转、平移、缩放。

3. 核心交互：能够控制模型中的某个“子部件”（如机械臂的关节）进行旋转或平移。

4. 需要绚丽的材质和灯光效果。

误区：

很多开发者第一反应是去啃 Qt3D (C++ 模块) 或者直接撸原生 OpenGL。前者文档晦涩学习曲线极陡，后者开发效率太低。

最佳实践：Qt Quick 3D + QWidget 嵌入

对于偏重“展示”和“动画”的场景，Qt Quick 3D 是目前的版本之子。它拥有基于物理的渲染（PBR），且处理层级结构（Node hierarchy）非常容易。

• 技术核心：利用 Qt Quick 3D 的场景图（Scene Graph）自动处理子节点的变换矩阵。你不需要自己算矩阵乘法，只需要修改 Node.eulerRotation.x 即可。

• 工程架构：

  由于大部分工业软件还是基于 QWidget 的框架，我们可以通过 QQuickWidget 将 Qt Quick 3D 的界面无缝嵌入到传统的 C++ 工程中。

​x
// 伪代码示例：在 QWidget 中嵌入 3D 场景
QQuickWidget *view = new QQuickWidget;
view->setSource(QUrl("qrc:/main.qml")); // 加载包含 View3D 的 QML
view->setResizeMode(QQuickWidget::SizeRootObjectToView);

// C++ 与 QML 交互
// 通过 QQuickItem 获取 3D 模型节点，直接控制其属性
QQuickItem *robotArm = view->rootObject()->findChild<QQuickItem*>("robotArmNode");
robotArm->setProperty("eulerRotation", QVector3D(0, 45, 0));

场景二：测绘与感知 —— “我要看见海量数据”

演示1：

代码下载：

https://thinkinginqt.com/20251125_thinkinginqt/testVTK1.zip

代码说明：

用的是 VTK9.0、Qt5 和 VisualStudio，只提供了 release 版本

没有用 CMake，用的是老的 .pro 工程，因为是 2020 年的工程

在 QtCreator 编译时记得把 shadow build 的 √ 取消掉

演示2：

代码下载：

https://thinkinginqt.com/20251125_thinkinginqt/testVTK2.zip

代码说明：

用的是 VTK8.2、Qt5 和 VisualStudio，只提供了 release 版本

是 2022 年的时候淘宝客户提供的代码，主要功能就是加载 STL 文件

主要亮点就是制作了 vtk.pri，让 *.pro 文件变得更干净

在 QtCreator 编译时记得把 shadow build 的 √ 取消掉

典型需求：

客户是做激光雷达（LiDAR）、毫米波雷达或者深度相机的。

需求通常是：

1. 实时接收传感器数据。

2. 渲染百万级甚至千万级的点云（Point Cloud）。

3. 对点云进行着色（根据高度或强度）。

4. 三维重建（如人脸识别、SLAM 室内建模）。

误区：

Qt Quick 3D 或原生的 QScatterSeries 在处理海量点时性能会迅速崩溃。这些引擎是为少量的 Mesh（网格）设计的，而不是为海量的 Points（离散点）设计的。

最佳实践：VTK (Visualization Toolkit) + QWidget

VTK 是科学可视化领域的霸主。在处理科学数据、标量场、矢量场以及点云数据上，它是标准答案。

• 技术核心：使用 VTK 强大的 Pipeline 机制（Source -> Filter -> Mapper -> Actor）。VTK 对海量点云的渲染做了极深的优化（如 LOD 技术），且自带大量算法（如 Delaunay 三角剖分、Marching Cubes 等面绘制算法）。

• 工程架构：

  使用 QVTKOpenGLNativeWidget。这是 VTK 专门为 Qt 提供的桥接控件，它继承自 QOpenGLWidget，可以直接在 Qt Designer 中提升（Promote）使用，非常稳定。

xxxxxxxxxx
// 伪代码思路：VTK Pipeline
vtkNew<vtkPoints> points;
// ... 填充百万个点 ...

vtkNew<vtkPolyData> polyData;
polyData->SetPoints(points);

vtkNew<vtkPolyDataMapper> mapper;
mapper->SetInputData(polyData);

vtkNew<vtkActor> actor;
actor->SetMapper(mapper);

// 嵌入 Qt 界面
ui->qvtkWidget->renderWindow()->AddRenderer(renderer);

场景三：CAE/CAD/CAM —— “我要计算它的物理特性”

演示：

代码下载：

https://thinkinginqt.com/20251125_thinkinginqt/testOCC.zip

代码说明：

D:/vcpkg 通过 .\vcpkg.exe install opencascade[vtk]

项目来源 https://github.com/Open-Cascade-SAS/OCCT/tree/master/samples/qt/Tutorial

github 里的代码是 Qt5 的，我把它升级优化到 Qt6.9 了

典型需求：

这是最硬核的领域。客户做船舶设计、有限元分析（FEA）、或者数控加工路径生成。

需求通常是：

1. 加载 STEP/IGES 等工业标准 CAD 格式。

2. 模型不仅仅是“看”的，更是“算”的（需要精确的布尔运算、剖切、倒角）。

3. 网格剖分（Meshing）：将几何体切割成四面体或六面体网格用于仿真计算。

4. 交互式选点、选边、选面。

误区：

前两种方案在这里完全失效。因为它们只有“皮囊”（显示网格），没有“灵魂”（拓扑结构和几何参数）。你无法在 Qt Quick 3D 里对一个圆柱体进行精确的“打孔”运算。

最佳实践：OpenCascade (OCC) + QWidget

OpenCascade 是开源界唯一的工业级 CAD 内核。它负责“几何”与“拓扑”。

• 技术核心：

  • OCC (内核)：负责读取 STP 文件，进行布尔运算（交并差），计算表面积、体积，以及生成有限元网格。

  • VTK (渲染)：虽然 OCC 自带渲染引擎（AIS Context），但很多现代软件倾向于“OCC 算，VTK 画”。将 OCC 的几何数据（TopoDS_Shape）离散化后喂给 VTK 进行渲染，因为 VTK 的显示效果和交互更加现代化。

• 工程架构：

  通常需要编写一个转换器，将 OCC 的 TopoDS_Shape 转换为 VTK 的 vtkPolyData。这种组合既拥有了 CAD 的精度，又拥有了科学可视化的渲染能力。

总结与决策建议