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编译zlib-libpng-MathGL结合openCV-Qt-VS2019实现科学计算可视化

热度：14   发布时间：2024-01-28 08:58:25.0

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  • 本文实现的效果
  • 软件版本
  • 编译
    • zlib
    • libpng
    • MathGL
    • 说明
  • 例1：心形
  • 例2：直方图
  • 参考资料

本文实现的效果

  1. 运用CMake、VS2019编译zlib、libpng、MathGL，得到静态链接库（debug & release，X64）

在这里插入图片描述

  1. 例1：基于Visual Studio 2019 IDE，运用MathGL和Qt绘制心形函数。
    在这里插入图片描述3. 例2：基于Visual Studio 2019 IDE，由openCV读入图像，得到直方图数据，并由MathGL画出直方图，在Qt中显示。
    在这里插入图片描述

软件版本

  • CMake-3.18.0-rc3
  • zlib-1.2.11，源代码
  • libpng-1.6.37，源代码
  • MathGL-2.4.4，源代码
  • openCV-4.3.0
  • Qt-5.14.2
  • Visual Studio 2019-16.4.3，MSVC-19.24.28315.0
  • Qt Visual Studio Tools-2.5.2.1

编译

说明：MathGL依赖zlib和libpng，libpng依赖zlib。因此，按顺序编译zlib、libpng和MathGL。

zlib

  1. 打开CMake-gui

  2. 指定源码目录（1）和编译输出目录（2）.
    在这里插入图片描述

  3. 单击Configure进行配置（3）。
    在这里插入图片描述
    (1) 选择合适的Visual Studio版本（4）
    (2) 选择计算机类型（5），本文均以x64平台为例。
    (3) 结束配置Finish（6），会提示“Configuring done”，结果如下图。
    在这里插入图片描述

  4. 单击Generate生成Visual Studio的*.sln项目文件。会提示“Generating done”。

  5. 在（2）所示的输出目录中找到zlib.sln，双击在Visual Studio 2019中打开。

  6. 先生成debug版的静态链接库。

    (1)确认解决方案为debug、X64平台。
    在这里插入图片描述

    (2) 在zlibstatic项目上右击–>生成
    在这里插入图片描述

    (3) Visual Studio 2019的输出窗口会提示生成成功，并给出静态链接库的位置。
    在这里插入图片描述
    (4) 这样，zlib的debug、X64版的静态链接库已经编译成功。为了方便使用，可以将所有的静态链接库和头文件拷贝至统一位置。本文采用的zlib的1.2.11版的源文件中没有include文件夹，头文件直接在根
    (5) 需要注意的是，cmake在configure时会把头文件zlib.h的名字改为zlib.h.include。编译成功后，需要将它改回来。

  7. 再生成release版的静态链接库，只需将编译平台配置为Release、X64，其它步骤相同。
    在这里插入图片描述

  8. CMake的File菜单下有Delete Cache选项，可以清除缓存。清楚缓存后，单击Configure就会弹出选择编译器版本的对话框。

在这里插入图片描述

libpng

  1. 打开CMake-gui，选择源码目录和输出目录，单击Configure进行配置。

  2. 报错，大意为找不到zlib的链接库。单击OK接受这个错误。

在这里插入图片描述
3. 确保勾选Advanced，手动指定ZLIB_INCLUDE_DIR目录和ZLIB_LIBRARY_DEBUG、ZLIB_LIBRARY_RELEASE静态链接库。再Configure，这样就OK了。

在这里插入图片描述4. 单击Generate，生成Visual Studio 2019的*.sln项目。单击Open Project即可打开。
在这里插入图片描述
5. 在Visual Studio 2019中分别以Debug和Release方式编译png_static项目。
6. 可以发现，zlib和libpng的debug静态链接库都要比release版的更大。

MathGL

现在可以编译MathGL，需要依赖zlib、libpng、Qt的头文件及静态链接库。

  1. 打开CMake-gui，选择源码目录和输出目录，单击Configure进行配置。

  2. 报错，无非就是找不到zlib、libpng的头文件和静态链接库，我们手动指定就好。
    在这里插入图片描述
    修改后（在我的计算机中，第一次configure只能找到ZLIB_xxx_xxx的项目，再configure才能找到PNG_xxx_xxx的项目）
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  3. 搜索qt，勾选enable-qt-5的选项，Configure
    在这里插入图片描述

  4. 继续报错，这次是找不到qt的目录。
    在这里插入图片描述
    (1) 手动指定目录，具体路径见图，修改后：
    在这里插入图片描述
    (2) 需要注意Qt匹配的编译器，这里选择的是msvc2017_64文件夹下的。
    (3) 这里有个小坑（虽然这个坑还没有坑我）：在CMake中指定的是msvc2017_64文件夹中的路径，意味着这些lib是匹配msvc2017的；而在接下来的编译中，采用的是visual studio 2019，即msvc2019。还要说明另一件事，我给visual studio 2019安装了2017版的工具集，这可能是一种解决方案？或者根本就直接用Visual Studio 2017，别用太新的Visual Studio。

  5. Generate生成*.sln项目文件。忽略这两个不太严重的警告。
    在这里插入图片描述

  6. 打开MathGL2.sln项目文件。编译mgl-static和mgl-qt5-static项目，分别以Debug和Release的形式。

    (1) MathGL的Debug版和Release版的静态链接库的名字是一致的，我们可以给Debug版的静态链接库的名字加个’d’，便于区分。在属性-->常规-->目标文件名处可以修改。

    (2) 生成mgl-static时，我这里出现了一个error

    C:\open\lpng-1.6.37\png.h(330,13): fatal error C1083: 无法打开包括文件: “pnglibconf.h”: No such file or directory

    找到C:\open\lpng-1.6.37\png.h(330,13)，贴心地提示了一句，我们按它说的去做即可。

    #ifndef PNGLCONF_H
/* If pnglibconf.h is missing, you can* copy scripts/pnglibconf.h.prebuilt to pnglibconf.h*/
# include "pnglibconf.h"
#endif

    (3) MathGL生成的静态链接库的路径比较奇怪，可以Visual Studio 2019输出窗口这一行的提示去找。

    在这里插入图片描述

  7. 编译mgl和mgl-qt5项目可以得到动态链接库。但会出问题，暂时没有深究。

  8. 在CMake的输出目录下的include/mgl2下可以看到三个*.h头文件，将其复制到源文件的include/mgl2目录下。

说明

至此，zlib、libpng和MathGL已经编译完毕，做几点说明。

  • 这是我最顺利的一次编译~
  • 以前为了编译这三个静态链接库，查遍网络，有很多提示是指定预编译头的，但是这里统统没有用上~
  • 在编译MathGL时，遇到的最奇怪的问题时，Visual Studio在生成时提示需要GNU compiler，稀里糊涂就消失了~

例1：心形

目标：MathGL+Qt绘制心形。

  1. 在Visual Studio 2019中创建Qt项目。

    (1) 在Visual Studio 2019中添加Qt插件，配置Qt开发环境（可百度）。

    (2) 选择项目类型：Qt Widgets Application

    在这里插入图片描述

    (3) 指定项目名称、项目位置。

    在这里插入图片描述

    (4) 配置Qt，需要选择X64平台的（因为前面编译的静态链接库是X64平台的）

    在这里插入图片描述

    (5) 文件名可以自行修改。

    在这里插入图片描述

  2. 在Visual Studio 2019中配置包含目录、库目录、附加依赖项。需要分别配置Debug和Release。Debug只能使用Debug的静态链接库，Release只能使用Release的静态链接库。

    (1) 包含目录（Debug）

    在解决方案管理器中的项目名称Heart上右击，选择属性。按下图操作。 在这里插入图片描述

    (2) 库目录（Debug）
    在这里插入图片描述

    (3) 附加依赖项（Debug）
    在这里插入图片描述

    (4) Release与Debug的内容基本一致，需要在库目录中给定Release的zlib、libpng、MathGL静态链接库的路径。

    (5) 配置过程还是比较复杂的，可以将Visual Studio 2019的配置保存到属性表，以便今后使用，具体方法请百度。

  3. 代码

    简便起见，我们直接写在main.cpp中。

    #include "MainWindow.h"
#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtWidgets/QMainWindow>
#include <mgl2/mgl.h>
#include <mgl2/qmathgl.h>int heart(mglGraph * gr)
{gr->Title("Heart");gr->SetOrigin(0,0); // 原点gr->SetRanges(-3.5, 2, -3, 3); // 坐标轴范围gr->Axis(); // 开启坐标轴gr->Grid(); // 开启坐标网格gr->FPlot("2*cos(6.28*t)-cos(6.28*2*t)", "2*sin(6.28*t)-sin(6.28*2*t)", "0", "r2"); // 绘图，函数FPlot绘制参数t在0到1时的参数方程。return 0;
}int main(int argc, char *argv[])
{QApplication a(argc, argv);QMainWindow* win = new QMainWindow();win->resize(800, 600);win->setWindowTitle("MathGL-Heart");QMathGL* qmgl = new QMathGL(win);qmgl->setDraw(heart);qmgl->update();win->show();return a.exec();
}

  4. 以Debug或Release方式运行，会出现很多问题，我们逐一解决。

    (1) 预处理命令问题，表现为：

    LNK2038	检测到“_CRT_STDIO_ISO_WIDE_SPECIFIERS”的不匹配项: 值“1”不匹配值“0”(MainWindow.obj 中)	Heart	G:\008_Practice\005_PracticeCPP\20200713_MathGL-Qt-openCV\Heart\Heart\mgl-qt5-static.lib(mocs_compilation.obj)

    解决：进入项目的属性页面，修改预处理命令（Debug和Release分别修改），如下图。在这里插入图片描述

    (2) Qt链接库问题，表现为：

    LNK2019	无法解析的外部符号 "__declspec(dllimport) public: __cdecl QPrinter::QPrinter(enum QPrinter::PrinterMode)" (__imp_??0QPrinter@@QEAA@W4PrinterMode@0@@Z)，该符号在函数 "public: void __cdecl QMathGL::print(void)" (?print@QMathGL@@QEAAXXZ) 中被引用	Heart	G:\008_Practice\005_PracticeCPP\20200713_MathGL-Qt-openCV\Heart\Heart\mgl-qt5-static.lib(qt.obj)
LNK2001	无法解析的外部符号 "public: virtual void __cdecl QPrinter::setPageSizeMM(class QSizeF const &)" (?setPageSizeMM@QPrinter@@UEAAXAEBVQSizeF@@@Z)	Heart	G:\008_Practice\005_PracticeCPP\20200713_MathGL-Qt-openCV\Heart\Heart\mgl-qt5-static.lib(qt.obj)

    解决：（Debug和Release分别修改）

    (aa) 属性页面–>包含目录添加：

    C:\Qt\Qt5.14.2\5.14.2\msvc2017_64\include\QtPrintSupport

    (bb) 属性页面–>库目录添加：

    C:\Qt\Qt5.14.2\5.14.2\msvc2017_64\lib

    (cc) 属性页面–>附加依赖项添加：

    Qt5PrintSupportd.lib

    (3) 到这一步，Release已经可以了，但Debug还有一些问题。见下一点。

  5. 在以Debug方式运行时，遇到了玄学问题，如实记录。

    (1) 描述：Visual Studio 2019 提示有两个无法解析的符号

    1>main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "__declspec(dllimport) public: void __cdecl mglGraph::Title(char const *,char const *,double)" (__imp_?Title@mglGraph@@QEAAXPEBD0N@Z)，该符号在函数 "int __cdecl heart(class mglGraph *)" (?heart@@YAHPEAVmglGraph@@@Z) 中被引用
1>main.obj : error LNK2019: 无法解析的外部符号 "__declspec(dllimport) public: void __cdecl QMathGL::setDraw(int (__cdecl*)(class mglGraph *))" (__imp_?setDraw@QMathGL@@QEAAXP6AHPEAVmglGraph@@@Z@Z)，该符号在函数 main 中被引用
1>G:\008_Practice\005_PracticeCPP\20200713_MathGL-Qt-openCV\Heart\x64\Debug\Heart.exe : fatal error LNK1120: 2 个无法解析的外部命令

    (2) 分析：

    这两个符号分别是int heart(mglGraph * gr)函数中用到的gr->Title("Heart");以及int main(int argc, char *argv[])中用到的qmgl->setDraw(heart);。按道理来说，这两个函数Title和setDraw应该是在静态链接库mgl-static.lib和mgl-qt5-static.lib中定义的。

    可以很容易找到Title的头文件mgl.h，该头文件中同时定义了SetOrigin、SetRanges、Axis、Grid、FPlot等函数，这些函数都在int heart(mglGraph * gr)中调用过，都没有问题。

    可以很容易找到setDraw的头文件qmathgl.h，该头文件中同时定义了update、show等函数，这些函数都在int main(int argc, char *argv[])中调用过，都没有问题。

    (3) 稀里糊涂地解决：

    找到Title的函数定义，在mgl.h中，显然我们现在用的是第一种重载类型。

    /// Add title for current subplot/inplot
/** Style '#' draw box around the title. */
inline 	void Title(const char *title,const char *stl="",double size=-2)
{mgl_title(gr,title,stl,size);
}
/// Add title for current subplot/inplot
/** Style '#' draw box around the title. */
inline 	void Title(const wchar_t *title,const char *stl="",double size=-2){mgl_titlew(gr,title,stl,size);
}

    其中，mgl_title定义在canvas_cf.h中的。我们这样修改程序：

    // 在main.cpp中再包含头文件
#include <mgl2/canvas_cf.h>// 在int heart(mglGraph * gr)中
// 将gr->Title("Heart");替换为
mgl_title((HMGL)gr, "Heart", "", -2);

    找到setDraw的头文件qmathgl.h，定义为：

    inline void setDraw(int (*func)(mglGraph *gr))
{setDraw(func?mgl_draw_graph:0,(void*)func);
}

    其中，函数中调用的setDraw仍然定义再qmathgl.h中，mgl_draw_graph声明在wnd.h中。我们这样修改程序：

    // 在main.cpp中再包含头文件
#include <mgl2/wnd.h>// 在int main(int argc, char *argv[])中
// 将qmgl->setDraw(heart);替换为
qmgl->setDraw(mgl_draw_graph, (void *)heart);

    (4) 此时此刻，Debug调试，问题解决。而且，将刚刚include的两个头文件注释掉，并恢复Title和setDraw为原来的调用方式，仍然没有问题。就很奇怪( ╯□╰ )

    (5) 正确地解决：

    添加预处理命令：MGL_STATIC_DEFINE，这个命令说明我们给的lib是静态链接库。

  6. 我们可以很OK地画出一个心形啦！好丑，但就是这个意思 φ(゜▽゜)?*
    在这里插入图片描述

  7. 配置总结

    (1) 包含目录：

    【MathGL】C:\open\mathgl-2.4.4\include
【Qt】C:\Qt\Qt5.14.2\5.14.2\msvc2017_64\include\QtPrintSupport

    (2) 库目录【Debug】（我把所有自己编译的*.lib都放到一个文件夹了）：

    C:\open\lib_Debug_X64
C:\Qt\Qt5.14.2\5.14.2\msvc2017_64\lib

    (3) 库目录【Release】（我把所有自己编译的*.lib都放到一个文件夹了）：

    C:\open\lib_Release_X64
C:\Qt\Qt5.14.2\5.14.2\msvc2017_64\lib

    (4) 预处理器定义

    _CRT_STDIO_ISO_WIDE_SPECIFIERS
MGL_STATIC_DEFINE

    (5) 附加依赖项【Debug】

    mgl-qt5-static-d.lib
mgl-static-d.lib
Qt5PrintSupportd.lib
libpng16_staticd.lib
zlib-staticd.lib

    (6) 附加依赖项【Release】

    zlibstatic.lib
libpng16_static.lib
mgl-static.lib
mgl-qt5-static.lib
Qt5PrintSupport.lib

例2：直方图

  1. 在Visual Studio 2019中创建Qt项目，并配置。

    (1) MathGL、Qt、zlib、libpng的配置与例1相同。
    (2) 还需要对openCV进行配置（详见百度）。主要包括指定openCV的include目录、lib目录、附加依赖项，并将openCV的*.dll文件拷贝至正确位置。

  2. 在Qt Designer中进行可视化窗口设计：1个Widget区域，2个Push Button。 在这里插入图片描述
    采用uic命令将*.ui文件编译为*.h文件，并导入至Visual Studio 2019项目。

  3. 代码

    // main.cpp#include "MainWindow.h"
#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtWidgets/QMainWindow>int main(int argc, char* argv[])
{QApplication a(argc, argv);MainWindow w;w.setWindowTitle("openCV-MathGL-Qt");w.show();return a.exec();
}
    // MainWindow.h#pragma once#include <QtWidgets/QMainWindow>
#include "ui_MainWindow.h"
#include <mgl2/mgl.h>
#include <mgl2/qmathgl.h>class MainWindow : public QMainWindow
{Q_OBJECTpublic:MainWindow(QWidget *parent = Q_NULLPTR);~MainWindow();Ui::MainWindowClass ui;private:QString imagename;QMathGL* QMGL;  // 定义一个QMathGL对象private slots: //槽函数void on_pushButton_open_clicked();void on_pushButton_hist_clicked();public: // 静态变量、函数static double* d_hist;static int drawHist(mglGraph* gr);
};

    // MainWindow.cpp#include "MainWindow.h"
#include <QDir>
#include <QtWidgets/QApplication>
#include <QtWidgets/QScrollArea>
#include <QFileDialog>
#include "ui_MainWindow.h"
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <string>
#include <mgl2/qmathgl.h>
#include <mgl2/data.h>double* MainWindow::d_hist = NULL;// 构造函数
MainWindow::MainWindow(QWidget *parent): QMainWindow(parent)
{ui.setupUi(this);QMGL = new QMathGL(ui.widget_main); 
}// 析构函数
MainWindow::~MainWindow()
{delete this->QMGL;
}// static 绘图函数
int MainWindow::drawHist(mglGraph* gr)
{mglData y{ 256, d_hist }; // MathGL 专有的数据类型y.Norm((mreal)0,(mreal)1); // 归一化gr->SetRanges(0, 255, 0, 1); // 坐标范围gr->Axis(); // 坐标轴mglDataA* yA;yA = &y;gr->Bars(*yA);return 0;
}// 选择文件
void MainWindow::on_pushButton_open_clicked()
{// 选择单个文件QString curPath = QDir::currentPath();QString dlgTitle = "选择一张图片：";QString filter = "Image(*.jpg)";QString aFileName = QFileDialog::getOpenFileName((QWidget*)this, dlgTitle, curPath, filter);if (!aFileName.isEmpty()){this->imagename = aFileName;this->ui.lineEdit_image->setText(imagename);}
}// 直方图
void MainWindow::on_pushButton_hist_clicked()
{if (this->imagename.isEmpty()){return;}cv::Mat image = cv::imread((this->imagename).toStdString());int channels = 1;int histsize = 256;float range[] = { 0,255 };const float* histRanges = { range };cv::Mat mHist;cv::calcHist(&image, 1, &channels, cv::Mat(), mHist, 1, &histsize, &histRanges, true, false);d_hist = new double[256];for (int i = 0; i < 256; ++i){d_hist[i] = mHist.at<float>(i);}// 绘图this->QMGL->setDraw(drawHist);this->QMGL->adjust();this->QMGL->setZoom(true);this->QMGL->setRotate(true);this->QMGL->update();
}

  4. 结果

    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述

  5. 验证

    以Lena图为例，本程序绘制的直方图与ImageJ相同。以下为ImageJ的结果。

    在这里插入图片描述

参考资料

  1. https://blog.csdn.net/vaincury/article/details/107248421
  2. https://blog.csdn.net/vaincury/article/details/105438971
  3. https://www.bilibili.com/video/BV11C4y1s7Jp?from=search&seid=7524128681462799090
  4. https://www.bilibili.com/video/BV1yQ4y1K79n?from=search&seid=7524128681462799090
  5. https://www.bilibili.com/video/BV1q4411r7tM?from=search&seid=7524128681462799090
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