利用c++实现数值坐标刻度生成，并利用GDI绘制
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2022-12-29 08:07:20
给定两个数值如(3001,5020)，如何做到均匀地标注刻度？
研究matlab图形刻度会发现，在matlab中，图像无论如何缩放，坐标刻度间隔都是以1,2,5为基数，按照10倍或者0.1倍的幂进行...
给定两个数值如(3001,5020)，如何做到均匀地标注刻度？
研究matlab图形刻度会发现，在matlab中，图像无论如何缩放，坐标刻度间隔都是以1,2,5为基数，按照10倍或者0.1倍的幂进行放大或缩小也即，刻度间隔为：
…0.1 0.2 0.5 ; 12 5; 1020 50; 100200 500; 10002000 5000….
负刻度也类似：
…-0.1 -0.2 -0.5 ; -1-2 -5; -10 -20 -50; -100 -200 -500; -1000 -2000 -5000….
在matlab图像放大中，还会发现，坐标轴刻度个数都在4个到10个之间。当数值超过1000或小于0.001，则会采用科学计数法。
从上面的刻度看，无论正刻度还是负刻度，相邻刻度最大倍数为2.5。如果把绘制的刻度最小个数控制为4，则最大个数为4*2.5=10；这即是为什么matlab绘制的刻度个数为什么不会超出4个到10个这个范围。
根据上面的分析，回到最初的问题，如何计算(3001,5020)均匀刻度，让刻度符合matlab的刻度规律。
首先确定寻找的刻度范围，限制最小刻度数4个，则最大刻度数为10个：
（5020-3001）/4=504.75
（5020-3001）/10=201.9
因而，201.9-504.75之间只有500这个刻度值符合matlab规律。下面是c++实现的刻度生成器clabelgenerator类
labelgenerator.h:
#ifndef _labelgenerator_h
#define _labelgenerator_h
#pragma once
class clabelgenerator
{
public:
clabelgenerator(void);
~clabelgenerator(void);
bool generatelabel(float x1,float x2,int minlabelnum,int &reallabelnum,float *&label,cstringarray &labelarr,int &order,int _interal=0,int limitorder=3); // 产生坐标刻度
cstring stringcutzeros(cstring str); // 对标注字符串进行去零处理
};
#endif
labelgenerator.cpp:
//**************************** labelgenerator.cpp *****************************
// 包含功能：坐标刻度生成
//
// 作者： jiangjp2812 1034378054@qq.com
// 单位： 中国地质大学（武汉）
// 日期： 2016/10/01
//*************************************************************************************
#include "stdafx.h"
#include "labelgenerator.h"
#include "math.h"
clabelgenerator::clabelgenerator(void)
{
}
clabelgenerator::~clabelgenerator(void)
{
}
bool clabelgenerator::generatelabel(float x1,float x2,int minlabelnum,int &reallabelnum,
float *&label,cstringarray &labelarr,int &order,int _interal,int limitorder)
// 生成坐标刻度
// x1,x2 :需要计算刻度的数值范围，minlabelnum：最小刻度数目。reallabelnum:得到的刻度个数。
// label：刻度的数值位置。labelarr：刻度字符串。order：刻度数值采用科学计数法的阶次
// _interal：指定刻度间隔，默认采用计算值。limitorder：超过此阶次采用科学计数，默认为3
{
labelarr.removeall();
float labelinterval=0; // 标注间隔
float leftx=(x2-x1)/((float)minlabelnum*2.5); // 求标注间隔范围
if(leftx<0.000001) // 刻度产生失败
return false;
float rightx=leftx*2.5;
int kx=0,ky=0;
float a=0;
float done=0; // 1,2,5 不断乘以10判断是否在标注间隔范围内，如果在则终止循环，
float dtwo=0;
float dfive=0;
//----------------- 计算x方向大于1刻度 ----------------------------------------------------------------------
while(a<=(x2-x1)) // 如果没有找到合适的标度，当超出最大数也终止
{
done=1*pow((float)10,(float)kx); // 1,2,5 不断乘以10判断是否在标注间隔范围内，如果在则终止循环，
dtwo=2*pow((float)10,(float)kx);
dfive=5*pow((float)10,(float)kx);
if( done>=leftx && done<=rightx)
{
labelinterval=done;
break;
}
if(dtwo>=leftx && dtwo<=rightx)
{
labelinterval=dtwo;
break;
}
if(dfive>=leftx && dfive<=rightx)
{
labelinterval=dfive;
break;
}
kx++;
a=dfive; // 每循环一次是1,2,5同时按倍数扩大，即判断的数扩大到a=done
}
//----------- x方向如果没有大于1刻度则计算小于1刻度 --------------------------------------
kx=0;
a=1;
if(labelinterval==0)
{
while(a>0.000001) // 如果没有找到合适的标度，当小于最小数也终止
{
done=1*pow((float)0.1,(float)kx); // 1,2,5 不断乘以0.1判断是否在标注间隔范围内，如果在则终止循环，
dtwo=2*pow((float)0.1,(float)kx);
dfive=5*pow((float)0.1,(float)kx);
if( done>=leftx && done<=rightx)
{
labelinterval=done;
break;
}
if(dtwo>=leftx && dtwo<=rightx)
{
labelinterval=dtwo;
break;
}
if(dfive>=leftx && dfive<=rightx)
{
labelinterval=dfive;
break;
}
kx++;
a=done; // 每循环一次是1,2,5同时按倍数缩小，即判断的数扩大到a=done
}
}
//-----------------------------------------------------------------------------------
if(labelinterval==0 ) return false;
if(_interal!=0) labelinterval=_interal; // 如果指定间隔，则使用指定的间隔
float startx,endx;
float temstartx/*,temendx*/;
temstartx=x1/labelinterval-(int)(x1/labelinterval);
if(temstartx==0) // 如果x1正好位于刻度上，则其实点从x1开始
{
startx=labelinterval*(int)(x1/labelinterval);
}
else // 如果x1不位于刻度上，则起始点从x1之后某点开始
{
if(x1>=0)
startx=labelinterval*((int)(x1/labelinterval)+1);
else
startx=labelinterval*((int)(x1/labelinterval)-1+1); // 当出现负数时，取整向0靠拢，正半轴需加1，负半轴不需要
}
if(x2>=0)
endx=labelinterval*(int)(x2/labelinterval);
else
endx=labelinterval*((int)(x2/labelinterval)-1); // 当出现负数时，取整向0靠拢，正半轴需加1，负半轴不需要
reallabelnum=(endx-startx)/labelinterval+0.5+1; // 真实需要绘制的坐标刻度个数
// 此处(endx-startx)/labelinterval计算得到的数值应为整数，但浮点型计算得不到精确值
// 会略小于理论整数，因此需要加上0.5后再取整
label=new float[reallabelnum]; // 开辟坐标位置容器
int valueorder=0,intervalorder=0; // 采用科学计数法进行刻度标注，绝对值最大值阶数，标注间隔值阶数
float loop1=labelinterval,loop2=abs(endx);
if(labelinterval>=1) // 求取标注间隔阶次，间隔大于1，正阶
{
while(loop1>=10)
{
loop1=loop1/10;
intervalorder++;
}
}else if(labelinterval<1) // 标注小于1，负阶
{
while(loop1<0.1)
{
loop1=loop1*10;
intervalorder++;
}
}
float valueabs=abs(startx)>abs(endx) ? abs(startx) : abs(endx) ; // 获取最大值，求取阶数
int limitvmax=pow(10.0,limitorder);
float limitvmin=pow(10.0,limitorder*-1);
if(valueabs>=limitvmax) // 求取最大刻度值大于1000的阶次，正阶
{
while(loop2>=10)
{
loop2=loop2/10;
valueorder++;
}
}else if(valueabs<=limitvmin) // 求取最大刻度值小于0.001的阶次，负阶
{
while(loop2<=0.1)
{
loop2=loop2*10;
valueorder++;
}
}
for(int i=0;i=limitvmax) // 如果绝对值最大值阶次大于3，则除以对应阶数量级
{
str.format(_t("%.4f"),label[i]/pow(10.0,valueorder));
}
else if(valueabs<=limitvmin) // 如果绝对值最大值阶次小于-3，则除以对应阶数量级
{
str.format(_t("%.4f"),label[i]*pow(10.0,valueorder));
}
str=stringcutzeros(str); // 对标注字符串进行尾部去零
labelarr.add(str);
}
if(valueorder==0) order=0; // 输出阶次
if(endx>=limitvmax) order=valueorder;
if(endx<=limitvmin) order=-valueorder;
return true;
}
cstring clabelgenerator::stringcutzeros(cstring str)
// 对标注字符串进行去零处理
{
cstring finalstr;
finalstr.empty();
int length=str.getlength(); // 字符串长度
int pos=0;
bool isdot=false;
for(int i=0;i0)
{
if(isdot)
finalstr=str.left(length-1-pos);
else
finalstr=str.left(length-1-(pos-1));
}
else
finalstr=str;
return finalstr;
}
类中有两个成员函数
boolgeneratelabel(float x1,float x2,int minlabelnum,int &reallabelnum,float*&label,cstringarray &labelarr,int &order,int _interal=0,intlimitorder=3); // 产生坐标刻度
cstringstringcutzeros(cstring str); // 对标注字符串进行去零处理
generaterlabel函数产生坐标刻度，其中x1，x2是输入的数值，minlabelnum是需要指定的最小刻度个数。如果生成matlab类似刻度则该数值为4，当然也可以设置其他值。reallabelnum是实际得到刻度个数（注意引用变量，通过引用变量把得到的数据输出），label是该处刻度的数值，labelarr是该处刻度对应的字符串，order是采用科学计数法输出的幂值，_interal是指定刻度值，给定初始值为0，即采用matlab相同刻度。如果不想采用此刻度，可以直接指定_interal值，则会采用指定的刻度生成标注值。limitorder是指定的科学计数法限制阶数，超过此阶数采用科学计数法。默认为3，即超过1000则采用科学计数法。
stringcutzeros是去除标注字符串尾部的0。因为生成的标注可能尾部有0，如0.3000或1.0。在matlab中就不会出现这样的显示方式。
函数调用：
int xlabelnum;
float *pxlabel;
cstringarray xlabelarr;
int orderx;
clabelgenerator labelgenerator;3001,5020
bool sucx=labelgenerator.generatelabel(3001,5020,4,xlabelnum,pxlabel,xlabelarr,orderx); // 产生x刻度和值刻度
if(pxlabel!=null) // 清空数组
{
delete m_pxlabel;
pxlabel=null;
}
bool sucy=labelgenerator.generatelabel(200001,5340000,5,xlabelnum,pxlabel,xlabelarr,orderx,0,4);
坐标绘制采用gdi编写，被封装成clabeldrawer类labeldrawer.h
#ifndef labeldrawer_h
#define labeldrawer_h
#pragma once
class clabeldrawer
{
public:
clabeldrawer(void);
~clabeldrawer(void);
public:
bool drawlabelhor(cdc *pdc,
int xlabelnum,float *pxlabel,cstringarray &xlabelarr,int xorder,
float desx1,float desx2,float desy1,float x1,float x2,cstring xtitle,
bool isupper=true,colorref rgb=rgb(0,0,0));
bool drawlabelver(cdc *pdc,
int ylabelnum,float *pylabel,cstringarray &ylabelarr,int yorder,
float desy1,float desy2,float desx1,float y1,float y2,cstring ytitle,
bool isleft=true,colorref rgb=rgb(0,0,0));
};
#endif
labeldrawer.cpp
//**************************** labeldrawer.cpp *****************************
// 包含功能：坐标刻度绘制（配合clabelgenerator类）
//
// 作者： jiangjp2812 1034378054@qq.com
// 单位： 中国地质大学（武汉）
// 日期： 2016/10/01
//**********************************************************************************
#include "stdafx.h"
#include "labeldrawer.h"
#include
clabeldrawer::clabeldrawer(void)
{
}
clabeldrawer::~clabeldrawer(void)
{
}
bool clabeldrawer::drawlabelhor(cdc *pdc,
int xlabelnum,float *pxlabel,cstringarray &xlabelarr,int xorder,
float desx1,float desx2,float desy1,float x1,float x2,cstring xtitle,
bool isupper,colorref rgb)
// 绘制水平刻度
// pdc: 绘图句柄。xlabelnum: 刻度数目。pxlabel:刻度真实数值。xlabelarr：刻度数值对应的字符串。
// xorder: 采用科学计数法阶次。desx1,desx2:标注绘制在窗口中的横坐标。desy1：水平刻度在窗口中的纵坐标。
// xtitle: 坐标轴名称字符串。isupper：若为true，刻度位于刻度线上方，否则位于刻度线下方
// rgb：刻度颜色。
{
if(abs(desx2-desx1) <0.0001) return false;
if(pxlabel==null) return false;
pdc->setbkmode(transparent);
pdc->settextcolor(rgb);
cfont font,fontunit,*oldfont; // 创建times new roman字体
font.createpointfont(100,_t("times new roman"),pdc);
fontunit.createpointfont(120,_t("times new roman"),pdc);
cpen pen(0,1,rgb),*oldpen;
oldpen=pdc->selectobject(&pen);
float posx,posy;
oldfont=pdc->selectobject(&font);
textmetric tm;
pdc->gettextmetrics(&tm);
long tw=tm.tmavecharwidth; // 获取输出字符信息，主要是为了使得短线标注对准字符串中间位置
long th=tm.tmheight; // 用于计算字符相对短线输出位置
double k=(desx2-desx1)/(x2-x1);
if(isupper==true) // 标注在上边
{
pdc->selectobject(&font);
pdc->settextalign(ta_center | ta_bottom);
for(int i=0;imoveto(posx,desy1);
pdc->lineto(posx,desy1-tw);
pdc->textoutw(posx,desy1-tw-1,xlabelarr.getat(i));
}
posx=k*((x1+x2)/2.0-x1)+desx1;
pdc->selectobject(&fontunit);
pdc->textoutw(posx,desy1-tw-th,xtitle); // 绘制x方向坐标单位
}
else{ // 标注在下边
pdc->selectobject(&font);
pdc->settextalign(ta_center | ta_top);
for(int i=0;imoveto(posx,desy1);
pdc->lineto(posx,desy1+tw);
pdc->textoutw(posx,desy1+tw+1,xlabelarr.getat(i));
}
posx=k*((x1+x2)/2.0-x1)+desx1;
pdc->selectobject(&fontunit);
pdc->textoutw(posx,desy1+tw+th,xtitle); // 绘制x方向坐标单位
}
if(xorder!=0) // 绘制x方向阶次
{
cfont font1,font2;
font1.createpointfont(100,_t("times new roman"),pdc);
font2.createpointfont(70,_t("times new roman"),pdc);
float fontrate=100.0/70.0;
cstring tenstr("×10"),orderstr; // ×10字符和阶次字符
orderstr.format(_t("%d"),xorder);
if(isupper==true)
{
pdc->selectobject(&font1);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_right);
pdc->textoutw(desx2-tw/fontrate*2,desy1-tw-th,tenstr);
pdc->selectobject(&font2);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_left);
pdc->textoutw(desx2-tw/fontrate*2,desy1-tw-th-th/2.0,orderstr);
}
else
{
pdc->selectobject(&font1);
pdc->settextalign(ta_top | ta_right);
pdc->textoutw(desx2-tw/fontrate*2,desy1+tw+th+th/2.0,tenstr);
pdc->selectobject(&font2);
pdc->settextalign(ta_top | ta_left);
pdc->textoutw(desx2-tw/fontrate*2,desy1+tw+th,orderstr);
}
}
pdc->selectobject(oldfont);
pdc->selectobject(oldpen);
return true;
}
bool clabeldrawer::drawlabelver(cdc *pdc,
int ylabelnum,float *pylabel,cstringarray &ylabelarr,int yorder,
float desy1,float desy2,float desx1,float y1,float y2,cstring ytitle,
bool isleft,colorref rgb)
// 绘制垂直刻度
// pdc: 绘图句柄。ylabelnum: 刻度数目。pylabel:刻度真实数值。ylabelarr：刻度数值对应的字符串。
// yorder: 采用科学计数法阶次。desy1,desy2:标注绘制在窗口中的纵坐标。desx1：垂直刻度在窗口中的横坐标。
// ytitle: 坐标轴名称字符串。isleft：若为true，刻度位于刻度线左边，否则位于刻度线右边
// rgb：刻度颜色。
{
if(abs(desy2-desy1)<0.0001) return false;
if(pylabel==null) return false;
pdc->setbkmode(transparent);
pdc->settextcolor(rgb);
cfont font,fontunit,*oldfont; // 创建times new roman字体
font.createpointfont(100,_t("times new roman"),pdc);
fontunit.createpointfont(120,_t("times new roman"),pdc);
cpen pen(0,1,rgb),*oldpen;
oldpen=pdc->selectobject(&pen);
float posx,posy;
oldfont=pdc->selectobject(&font);
textmetric tm;
pdc->gettextmetrics(&tm);
long tw=tm.tmavecharwidth; // 获取输出字符信息，主要是为了使得短线标注对准字符串中间位置
long th=tm.tmheight; // 用于计算字符相对短线输出位置
int charlength=0;
for(int i=0;icharlength) charlength=ylabelarr.getat(i).getlength();
}
charlength=charlength+1;
double k=(desy2-desy1)/(y2-y1);
if(isleft==true) // 标注左边
{
pdc->selectobject(&font);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_right);
for(int i=0;imoveto(desx1,posy);
pdc->lineto(desx1-tw,posy);
pdc->textoutw(desx1-tw-1,posy+th/2.0,ylabelarr.getat(i));
}
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_center); // 纵向字体按纵向的bottom和left设置，即和横向颠倒
posy=k*((y1+y2)/2.0-y1)+desy1;
logfont logfont;
fontunit.getlogfont(&logfont);
logfont.lfescapement =900;
cfont fontemp;
fontemp.createfontindirect(&logfont);
pdc->selectobject(&fontemp);
pdc->textoutw(desx1-tw*charlength-tw,posy,ytitle);
}
else{
pdc->selectobject(&font);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_left);
for(int i=0;imoveto(desx1,posy);
pdc->lineto(desx1+tw,posy);
pdc->textoutw(desx1+tw+1,posy+th/2.0,ylabelarr.getat(i));
}
pdc->settextalign(ta_top | ta_center);
posy=k*((y1+y2)/2.0-y1)+desy1;
logfont logfont;
fontunit.getlogfont(&logfont);
logfont.lfescapement =900;
cfont fontemp;
fontemp.createfontindirect(&logfont);
pdc->selectobject(&fontemp);
pdc->textoutw(desx1+tw*charlength+tw,posy,ytitle);
}
if(yorder!=0)
{
cfont font1,font2; // 创建times new roman字体
font1.createpointfont(100,_t("times new roman"),pdc);
font2.createpointfont(70,_t("times new roman"),pdc);
float fontrate=100.0/70.0;
cstring tenstr("×10"),orderstr;
orderstr.format(_t("%d"),yorder);
if(isleft==true)
{
pdc->selectobject(&font1);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_right);
pdc->textoutw(desx1-charlength*tw-tw-tw/fontrate*2,desy2,tenstr);
pdc->selectobject(&font2);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_left);
pdc->textoutw(desx1-charlength*tw-tw-tw/fontrate*2,desy2-th/2.0,orderstr);
}
else
{
pdc->selectobject(&font1);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_left);
pdc->textoutw(desx1+charlength*tw+tw,desy2,tenstr);
pdc->selectobject(&font2);
pdc->settextalign(ta_bottom | ta_left);
pdc->textoutw(desx1+charlength*tw+tw+(tenstr.getlength()+1)*tw,desy2-th/2.0,orderstr);
}
}
pdc->selectobject(oldfont);
pdc->selectobject(oldpen);
return true;
}
clabeldrawer类中有两个成员函数，drawlabelhor用于绘制水平刻度，drawlabelver用于绘制垂直刻度。函数参数在代码中有说明，这个类必须配合上边的clabelgenerator类使用。下面是使用实例。
首先利用vs生成一个mfc单文档程序，为了方便说明，直接把数据放在了ondraw函数中：
void clabeltestview::ondraw(cdc* pdc)
{
clabeltestdoc* pdoc = getdocument();
assert_valid(pdoc);
if (!pdoc)
return;
// todo: 在此处为本机数据添加绘制代码
int labelnum;
float *plabel=null;
cstringarray labelarr;
int order;
float v1=-0.0005,v2=-0.0003;
float desx1=100,desx2=500,desy1=100,desy2=500;
// 生成数值（-0.0005 -0.0003）范围
clabelgenerator labelgen;
labelgen.generatelabel(v1,v2,4,labelnum,plabel,labelarr,order);
clabeldrawer labeldraw;
// 绘制数值（-0.0005 -0.0003）范围上刻度
labeldraw.drawlabelhor(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desx1,desx2,desy1,v1,v2,_t("upper label"));
// 绘制数值（-0.0005 -0.0003）范围下刻度
labeldraw.drawlabelhor(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desx1,desx2,desy2,v1,v2,_t("lower label"),false,rgb(0,0,255));
// 绘制数值（-0.0005 -0.0003）范围左刻度
labeldraw.drawlabelver(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desy1,desy2,desx1,v1,v2,_t("left label"));
// 绘制数值（-0.0005 -0.0003）范围右刻度
labeldraw.drawlabelver(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desy1,desy2,desx2,v1,v2,_t("right label"),false,rgb(255,0,0));
// 绘制矩形框
pdc->selectstockobject(null_brush);
pdc->rectangle(desx1,desy1,desx2,desy2);
v1=30; v2=803;
desx1=650;desx2=950;desy1=100;desy2=500;
if(plabel!=null) delete plabel;
// 绘制数值（30 803）范围刻度
labelgen.generatelabel(v1,v2,5,labelnum,plabel,labelarr,order);
// 绘制数值（30 803）范围水平上刻度
labeldraw.drawlabelhor(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desx1,desx2,desy1,v1,v2,_t("hor axis"),true,rgb(0,0,255));
pdc->moveto(desx1,desy1); pdc->lineto(desx2,desy1);
// 绘制数值（30 803）范围水平上逆向刻度
labeldraw.drawlabelhor(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desx2,desx1,desy1+50,v1,v2,_t("reverse hor axis"),true,rgb(0,0,255));
pdc->moveto(desx1,desy1+50); pdc->lineto(desx2,desy1+50);
desx1=700;desx2=1000;desy1=200;desy2=550;
// 绘制数值（30 803）范围垂直左刻度
labeldraw.drawlabelver(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desy1,desy2,desx1,v1,v2,_t("ver axis"),true,rgb(255,0,255));
pdc->moveto(desx1,desy1); pdc->lineto(desx1,desy2);
// 绘制数值（30 803）范围垂直左逆向刻度
labeldraw.drawlabelver(pdc,labelnum,plabel,labelarr,order,desy2,desy1,desx1+100,v1,v2,_t("reverse ver axis"),true,rgb(255,0,255));
pdc->moveto(desx1+100,desy1); pdc->lineto(desx1+100,desy2);
}
生成的效果如图
上一篇： 我一定要杀了你