C++ Qt6 雷达模拟器实战（四）：使用 QPainter 绘制 PPI 雷达界面

前面三篇分别介绍了 RadarSimulator 的项目架构、TCP 通信，以及雷达目标和坐标模型。

到了这一篇，前面的数据终于要真正“画”到屏幕上了。

整个显示链路可以概括为：

RadarTarget / RadarTrack ↓ Range / Azimuth ↓ 雷达坐标 ↓ Qt 屏幕坐标 ↓ RadarWidget::paintEvent() ↓ QPainter ↓ PPI 雷达界面

这一篇主要介绍：

• 为什么单独设计RadarWidget
• paintEvent()和QPainter
• PPI 圆盘、距离环和方位刻度
• 扫描线与QConicalGradient
• 目标和航迹绘制
• 雷达坐标到屏幕坐标的映射
• 动态刷新和绘制顺序

一、为什么单独设计 RadarWidget

如果把所有绘图代码都直接写进MainWindow，小项目当然也能运行。

但随着功能增加，MainWindow很容易同时承担：

按钮事件 TCP 状态 表格刷新 参数控制 雷达绘图

这样界面逻辑会越来越混乱。

因此 RadarSimulator 把 PPI 显示区域独立封装成：

RadarWidget

它的职责非常明确：

读取当前雷达数据，并负责 PPI 图形绘制。

这样项目结构变成：

MainWindow ↓ 负责整个界面组织 RadarWidget ↓ 负责雷达可视化

二、Qt 自定义绘图的核心：paintEvent() 与 QPainter

Qt 自定义控件绘图的入口通常是：

voidRadarWidget::paintEvent(QPaintEvent*event)

当控件需要重新显示时，Qt 会自动调用paintEvent()。

例如：

• 窗口第一次显示
• 窗口尺寸变化
• 控件重新暴露
• 程序调用update()

RadarSimulator 的动态扫描，本质上就是：

更新 scanAngle 更新目标 / 航迹数据 ↓ 调用 update() ↓ Qt 触发 paintEvent() ↓ 重新绘制一帧

而真正负责绘图的是：

QPainterpainter(this);

常用函数包括：

drawEllipse()drawLine()drawText()drawPoint()drawPath()

所以整个 PPI 本质上并不是某个“雷达专用控件”，而是由大量基础二维图元组合出来的。

三、PPI 界面实际上是多个图层叠加

一个完整的 PPI 可以拆成几个绘制层：

背景 ↓ 雷达圆盘 ↓ 距离环 ↓ 十字线与方位刻度 ↓ 扫描波束 ↓ 历史航迹 ↓ 当前目标 ↓ 文字信息

绘制顺序很重要，因为QPainter后画的内容会覆盖先画的内容。

例如扫描波束通常带半透明效果，如果目标先画、扫描波束后画，目标可能会被渐变遮住。

因此更加合理的顺序是：

先画背景和网格，再画扫描效果，最后画航迹、目标和文字。

四、雷达圆盘、中心和距离环

绘制前首先需要确定 PPI 的中心和半径。

假设控件大小为：

宽度 W 高度 H

雷达中心可以写成：

cx=W2c_x=\frac{W}{2}cx​=2W​

cy=H2c_y=\frac{H}{2}cy​=2H​

PPI 半径可以根据控件较短的一边计算：

R≈min⁡(W,H)2R\approx\frac{\min(W,H)}{2}R≈2min(W,H)​

实际绘图时一般还会预留一定边距。

然后通过：

painter.drawEllipse(...)

绘制最外层雷达圆盘。

距离环

为了表达不同目标距离，PPI 内部通常还会绘制多个同心圆，例如：

25% 50% 75% 100%

假设：

maxRange = 5000 m

那么可以对应：

1250 m 2500 m 3750 m 5000 m

目标真实距离和屏幕半径之间采用线性映射：

rscreen=rangemaxRange×Rr_{screen}=\frac{range}{maxRange}\times Rrscreen​=maxRangerange​×R

例如：

maxRange = 5000 m range = 2500 m R = 300 px

那么：

rscreen=25005000×300=150 pxr_{screen}=\frac{2500}{5000}\times300=150\text{ px}rscreen​=50002500​×300=150px

所以一个距离雷达 2500 m 的目标，会出现在 PPI 半径的一半位置。

五、方位刻度和雷达坐标

RadarSimulator 采用的雷达方位角约定是：

0° = 上方 90° = 右方 180° = 下方 270° = 左方

因此 PPI 最基础的参考线是：

0° | 270° ------+------ 90° | 180°

十字线可以直接使用：

drawLine()

绘制。

进一步还可以在圆周上增加：

• 大刻度
• 小刻度
• 方位角数字

如果某个角度为θ，那么圆周上的位置可以通过：

x=cx+Rsin⁡θx=c_x+R\sin\thetax=cx​+Rsinθ

y=cy−Rcos⁡θy=c_y-R\cos\thetay=cy​−Rcosθ

计算。

这里 Y 坐标使用减号，是因为 Qt 的屏幕坐标系中：

x 向右 y 向下

和普通数学坐标系的 Y 轴方向相反。

六、从雷达坐标转换到屏幕坐标

RadarTarget中保存的通常是：

Range Azimuth

而QPainter最终需要的是：

screenX screenY

因此首先需要计算目标在 PPI 中的径向距离：

rs=rangemaxRange×Rr_s=\frac{range}{maxRange}\times Rrs​=maxRangerange​×R

然后把极坐标转换为屏幕坐标：

xs=cx+rssin⁡θx_s=c_x+r_s\sin\thetaxs​=cx​+rs​sinθ

ys=cy−rscos⁡θy_s=c_y-r_s\cos\thetays​=cy​−rs​cosθ

例如：

Azimuth = 90°

因为：

sin 90° = 1 cos 90° = 0

所以目标位于 PPI 正右方。

如果：

Azimuth = 0°

则目标位于 PPI 正上方。

这套关系不仅可以用于目标，也可以用于：

• 航迹点
• 扫描线终点
• 刻度
• 文字位置

七、扫描线和扫描波束

雷达扫描方向由：

scanAngle

表示。

扫描线终点可以通过：

x=cx+Rsin⁡(scanAngle)x=c_x+R\sin(scanAngle)x=cx​+Rsin(scanAngle)

y=cy−Rcos⁡(scanAngle)y=c_y-R\cos(scanAngle)y=cy​−Rcos(scanAngle)

得到。

随后使用：

painter.drawLine(center,endPoint);

即可绘制扫描线。

随着scanAngle不断变化，扫描线会围绕 PPI 中心旋转。

为什么不能只画一根线

如果只画一根很细的绿色线，视觉效果会比较生硬。

所以 RadarSimulator 还加入了带透明度变化的扫描扇区：

扫描方向最亮 ↓ 向后逐渐变暗 ↓ 最终完全透明

Qt 中非常适合完成这种效果的类是：

QConicalGradient

它可以围绕某个中心点产生角度渐变。

基本思路如下：

PPI 中心 ↓ 建立 QConicalGradient ↓ 设置多个颜色节点 ↓ 构造 QBrush ↓ 填充雷达圆盘

这里需要注意：

雷达方位角定义和 Qt 渐变角度定义不一定完全一致。

因此实际绘制时经常需要一个角度偏移，甚至进行正负方向转换，才能让：

扫描线

与：

扫描渐变

完全对齐。

调试时最简单的方法是：

先只画扫描线，确认方向正确，再调整渐变方向。

八、目标和航迹怎么绘制

完成坐标转换以后，一个目标最终就变成了屏幕上的：

(x, y)

可以直接使用：

painter.drawEllipse(...)

绘制一个目标点。

同时可以通过：

drawText()

显示：

T1 T2 T3

或者进一步显示：

Range Azimuth Speed

不过 PPI 信息过多会影响可读性，因此通常只保留最重要的信息。

航迹

单个目标点只能表示：

目标当前在哪里。

如果保存最近一段时间的位置，例如：

P1 P2 P3 P4 当前位置

就可以依次连接：

P1 → P2 → P3 → P4 → Target

形成航迹。

实现上可以循环调用：

drawLine()

也可以构建：

QPainterPath

统一绘制。

九、为什么历史轨迹不能无限保存

如果每次刷新都保存目标位置，而且永远不删除：

运行时间越长 ↓ history 越大 ↓ 绘制数据越来越多

最终既会增加内存使用，也会提高绘制负担。

因此 RadarSimulator 对历史轨迹长度进行了限制。

例如只保留最近：

20

个位置点。

也就是：

新位置加入 ↓ 超过上限 ↓ 删除最旧位置

这样既可以保留目标运动趋势，又不会让航迹无限增长。

十、动态刷新：QTimer、update() 和 paintEvent()

PPI 要动起来，需要不断更新状态。

RadarSimulator 的基本机制可以理解为：

QTimer ↓ 定时触发 ↓ 更新 scanAngle / 目标状态 ↓ 调用 update() ↓ Qt 安排重绘 ↓ paintEvent()

这里需要注意：

update();

并不是直接手工调用：

paintEvent();

而是告诉 Qt：

这个控件需要重新绘制。

Qt 会在合适的时机统一处理。

刷新频率和扫描速度不是一回事

例如：

刷新频率 = 50 Hz

表示：

每秒大约绘制 50 帧。

而：

scanSpeed

表示：

扫描角度变化得有多快。

两者分别控制：

刷新频率 → 动画平滑程度 scanSpeed → 扫描线旋转速度

如果刷新频率过低，扫描线会明显跳跃；

如果刷新频率过高，又会产生不必要的 CPU 开销。

对于桌面雷达模拟器来说，几十 Hz 的刷新通常已经足够形成连续动画。

十一、paintEvent() 只负责显示，不负责业务

这是整个绘图模块里一个非常重要的原则。

paintEvent()最好只负责：

读取当前状态并绘制。

而不是在里面大量修改：

• 雷达目标
• 航迹
• TCP 状态
• 扫描状态

否则就可能出现：

只有界面重绘 ↓ 目标状态才变化

这样业务逻辑就会错误地依赖 GUI 刷新频率。

更加合理的结构是：

QTimer / RadarServer ↓ 更新业务数据 ↓ update() ↓ paintEvent() ↓ 只负责绘图

同时，PPI 和目标信息表格也应该读取同一份目标数据：

RadarTarget / RadarTrack │ ├── RadarWidget → PPI │ └── MainWindow → Table

这样可以避免：

PPI 显示一个位置，而表格显示另一个位置。

十二、完整 PPI 绘制流程

到这里，整个过程就可以串起来了：

RadarServer ↓ 更新 RadarTarget / RadarTrack ↓ update() ↓ RadarWidget::paintEvent() ↓ QPainter ↓ 背景 ↓ 距离环 ↓ 十字线和刻度 ↓ 扫描波束 ↓ 历史航迹 ↓ 目标 ↓ 文字 ↓ 最终 PPI

最后再看实际程序运行效果。

十三、本文小结

这一篇主要解决了一个问题：

前面已经计算好的雷达数据，最终怎么变成屏幕上的 PPI。

整个核心流程是：

Range / Azimuth ↓ 比例缩放 ↓ 雷达坐标 ↓ Qt 屏幕坐标 ↓ QPainter ↓ 圆盘 / 网格 / 扫描 / 目标 / 航迹

其中最重要的数学关系是：

目标距离映射到屏幕半径：

rs=rangemaxRange×Rr_s=\frac{range}{maxRange}\times Rrs​=maxRangerange​×R

目标屏幕 X 坐标：

xs=cx+rssin⁡θx_s=c_x+r_s\sin\thetaxs​=cx​+rs​sinθ

目标屏幕 Y 坐标：

ys=cy−rscos⁡θy_s=c_y-r_s\cos\thetays​=cy​−rs​cosθ

在绘图层面：

drawEllipse()

负责雷达圆盘、距离环和目标；

drawLine()

负责网格、刻度和扫描线；

QConicalGradient

负责扫描波束渐变；

QPainterPath / drawLine()

负责历史航迹；

update()

负责让不断变化的数据变成连续动画。

最终得到：

数据更新 ↓ 请求重绘 ↓ paintEvent() ↓ 新的 PPI 画面

十四、下一篇预告

下一篇进入整个 RadarSimulator 系列的最后一部分：

《C++ Qt6 雷达模拟器实战（五）：TCP、雷达数据与 Qt 图形界面的完整整合》

前四篇已经分别解决了：

项目怎么组织 ↓ TCP 命令怎么进入 ↓ 雷达数据怎么算 ↓ PPI 怎么绘制

第五篇会把这些模块重新连接起来。

从客户端发送：

START_SCAN MOVE STOP_SCAN

开始，一直追踪到：

QTcpSocket ↓ LineBuffer ↓ LineProtocol ↓ RadarServer ↓ RadarTarget ↓ RadarWidget ↓ QPainter ↓ PPI

最终回答：

一条 TCP 命令，是怎样一步一步变成雷达界面变化的。