随着 Qt 6 的发布，QtQuick3D 模块带来了新的 3D 渲染和交互能力，使得在 Qt 中创建 3D 场景变得更加简单和直观。本文将带您从一个简单的 QML 3D 应用开始，详细讲解各个相关领域的概念、代码实现以及功能特点。
什么是 Qt Quick 3D？
Qt Quick 3D 是 Qt 6 中引入的一个模块，旨在为用户提供便捷的 3D 场景管理和渲染工具。与 Qt 5 中的 Qt 3D 模块相比，QtQuick3D 更加简化，且集成了 Qt Quick 的能力，让 2D 和 3D 内容的结合更加自然。
QML 3D 应用的基本结构
QtQuick3D 中，您可以通过 QML 来定义 3D 场景、物体、灯光、摄像机等。这些内容与 Qt Quick 2D 界面元素可以并存和协作，允许在同一个窗口中同时渲染 2D 和 3D 元素。
以下是我们将要分析的 QML 代码示例，这个例子展示了如何通过 QML 创建一个简单的 3D 场景，并与用户交互。
代码示例程序:
main.cpp
cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QQmlApplicationEngine>
int main(int argc, char *argv[])
{
#if defined(Q_OS_WIN) && QT_VERSION_CHECK(5, 6, 0) <= QT_VERSION && QT_VERSION < QT_VERSION_CHECK(6, 0, 0)
QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling);
#endif
QGuiApplication app(argc, argv);
QQmlApplicationEngine engine;
engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:/qt/qml/qtquickapplication2/main.qml")));
if (engine.rootObjects().isEmpty())
return -1;
return app.exec();
}main.qml
cpp
import QtQuick.Window
import QtQuick3D
import QtQuick
Window {
width: 640
height: 480
visible: true
title: qsTr("Hello World")
View3D {//显示3D的舞台（摄影棚）
id: _view
anchors.fill: parent
environment: SceneEnvironment {//environment设置渲染场景
//SceneEnvironment为场景的渲染方式定义了一组全局属性。
clearColor: "red"//环境颜色
backgroundMode: SceneEnvironment.Color
antialiasingMode: SceneEnvironment.MSAA
antialiasingQuality: SceneEnvironment.High
}
camera: camera
PerspectiveCamera {//定义用于查看三维场景内容的透视摄影机（摄像机）。
id: camera
position: Qt.vector3d(0, -900, 800)//摄像机位置
eulerRotation.x: 45//x轴旋转45度
}
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: (mouse)=> {
let ret = _view.pick(mouse.x, mouse.y)
if(ret.objectHit !== null)
ret.objectHit.materials[0].diffuseColor =
Qt.rgba(Math.random(),Math.random(), Math.random(), 1.0)
}
}
DirectionalLight {//场景灯光
eulerRotation: Qt.vector3d(1, 0, 0)
castsShadow: true
brightness: 3
}
Model {//物体（拍照对象）
id: _sphere
source: "#Sphere"//球
z: 300
pickable: true
scale: Qt.vector3d(2, 2, 2)
materials: DefaultMaterial {//定义三维材质材质
diffuseColor: Qt.rgba(0.6, 0.5, 0.2, 1.0)//着色
diffuseLightWrap:0//
}
}
Model {
source: "#Rectangle"
pickable: true
scale: Qt.vector3d(10, 10, 1)
materials: DefaultMaterial {
diffuseColor: Qt.rgba(0.7, 0.2, 0.2, 1.0)
}
}
}
}运行结果:
代码分析
1. 创建主窗口
首先，我们需要一个窗口来容纳 3D 内容。这里我们使用 Window 元素，并设置基本的窗口属性，例如宽度、高度和标题。
cpp
Window {
width: 640
height: 480
visible: true
title: qsTr("Hello World")Window：定义一个窗口，宽度为 640，高度为 480，并设置标题为"Hello World"。qsTr("Hello World")：Qt 的国际化功能，便于将文本翻译成不同语言。
2. 定义 3D 视图
要显示 3D 内容，首先需要创建一个 View3D，这是 QtQuick3D 中的主要容器，类似于 2D 场景中的 Item。View3D 是一个 3D 场景的承载体，所有 3D 内容都将在这个视图中渲染。
qml
cpp
View3D {
id: _view
anchors.fill: parentView3D：这是一个 3D 视图容器，用于渲染 3D 场景。anchors.fill: parent将其大小设置为充满整个窗口。id: _view：为 3D 视图定义一个 ID 以便后续引用。
3. 设置场景环境
为了优化 3D 渲染效果，我们可以通过 SceneEnvironment 来设置全局的渲染环境。例如，可以定义背景颜色、抗锯齿模式等。
cpp
environment: SceneEnvironment {
clearColor: "red"
backgroundMode: SceneEnvironment.Color
antialiasingMode: SceneEnvironment.MSAA
antialiasingQuality: SceneEnvironment.High
}environment: SceneEnvironment { clearColor: "red" backgroundMode: SceneEnvironment.Color antialiasingMode: SceneEnvironment.MSAA antialiasingQuality: SceneEnvironment.High }
SceneEnvironment：定义了 3D 场景的渲染环境。clearColor：设置场景背景为红色。backgroundMode：指定背景填充模式为颜色填充。antialiasingMode和antialiasingQuality：启用多重采样抗锯齿（MSAA）并设置其质量为高。
4. 添加摄像机
3D 场景的观察依赖于摄像机。PerspectiveCamera 是一种常用的透视摄像机，它能产生与现实世界类似的透视效果。
cpp
camera: camera
PerspectiveCamera {
id: camera
position: Qt.vector3d(0, -900, 800)
eulerRotation.x: 45
}PerspectiveCamera：定义了一个透视摄像机，用于观察 3D 场景。id: camera：为摄像机设置 ID。position：设置摄像机的位置，x、y 和 z 坐标为(0, -900, 800)。eulerRotation.x: 45：将摄像机绕 X 轴旋转 45 度，使其向下倾斜以获得俯视视角。
5. 添加光照
光照是 3D 渲染中不可或缺的一部分，它决定了物体的明暗和阴影效果。这里使用 DirectionalLight 来模拟来自特定方向的光源。
cpp
DirectionalLight {
eulerRotation: Qt.vector3d(1, 0, 0)
castsShadow: true
brightness: 3
}DirectionalLight { eulerRotation: Qt.vector3d(1, 0, 0) castsShadow: true brightness: 3 }
DirectionalLight：定义了场景中的一个方向光源。eulerRotation：设置光源的旋转方向。castsShadow：启用阴影投射效果。brightness：设置光源亮度为 3。
6. 创建 3D 模型
3D 模型是场景中的核心部分。在 QtQuick3D 中，通过 Model 元素定义 3D 物体，并使用 source 属性加载预定义的形状（例如球体、矩形等）。
cpp
Model {
id: _sphere
source: "#Sphere"
z: 300
pickable: true
scale: Qt.vector3d(2, 2, 2)
materials: DefaultMaterial {
diffuseColor: Qt.rgba(0.6, 0.5, 0.2, 1.0)
}
}Model：创建了一个 3D 模型，源为一个球体（source: "#Sphere"）。z: 300：将球体沿 z 轴平移。pickable：模型是可拾取的，也就是说可以用鼠标进行选择和交互。scale：将球体按比例放大 2 倍。materials：指定了球体的材质，diffuseColor定义了其漫反射颜色为金黄色。
再创建一个矩形模型：
cpp
Model {
source: "#Rectangle"
pickable: true
scale: Qt.vector3d(10, 10, 1)
materials: DefaultMaterial {
diffuseColor: Qt.rgba(0.7, 0.2, 0.2, 1.0)
}
}此模型定义了一个矩形，并设置了红色的材质。
7. 交互：鼠标点击事件
通过 MouseArea，可以捕捉鼠标点击事件，并与 3D 模型进行交互。通过调用 pick 函数，可以检测鼠标点击的模型，并修改其颜色。
cpp
MouseArea {
anchors.fill: parent
onClicked: (mouse)=> {
let ret = _view.pick(mouse.x, mouse.y)
if(ret.objectHit !== null)
ret.objectHit.materials[0].diffuseColor = Qt.rgba(Math.random(), Math.random(), Math.random(), 1.0)
}
}MouseArea：定义了一个鼠标区域，覆盖整个 3D 视图。onClicked: 当点击时，调用_view.pick(mouse.x, mouse.y)检测点击到的物体，若成功选中物体，则将其材质的漫反射颜色随机改变。
C++ 代码入口
为了启动 QML 应用，我们还需要一个 C++ 程序入口。main.cpp 文件提供了应用程序的启动逻辑，并加载 QML 文件。
cpp
#include <QGuiApplication>
#include <QQmlApplicationEngine>
int main(int argc, char *argv[])
{
#if defined(Q_OS_WIN) && QT_VERSION_CHECK(5, 6, 0) <= QT_VERSION && QT_VERSION < QT_VERSION_CHECK(6, 0, 0)
QCoreApplication::setAttribute(Qt::AA_EnableHighDpiScaling);
#endif
QGuiApplication app(argc, argv);
QQmlApplicationEngine engine;
engine.load(QUrl(QStringLiteral("qrc:/qt/qml/qtquickapplication2/main.qml")));
if (engine.rootObjects().isEmpty())
return -1;
return app.exec();
}QGuiApplication：负责应用程序的基本设置和生命周期管理。QQmlApplicationEngine：用于加载和执行 QML 文件。在这里，加载了main.qml，该文件定义了 3D 场景和其所有组件。app.exec()：进入应用程序的事件循环，保持应用程序持续运行。