Qt+PCL手把手教材（第1讲）——Qt 与 PCL 简介之Qt 与 PCL 的应用场景和Qt 版本选择（Qt5/Qt6）及安装

0、 前言

网站关于Qt+PCL的资料虽多，但是在一些关键的内容部分讲解说明过简一笔带过，导致大部分没有相关基础人员实施操作起来有一定困难，为此开设此专栏从最基本的知识开始，如软件安装、环境配置、软件版本选择、Qt界面UI设计和 OpenGL 基础，再到PCL库基本操作使用，一步一步的图形加文字说明操作，让大家轻松的学会Qt+PCL可视化点云数据处理。
Qt 和 PCL（Point Cloud Library） 结合使用，能够为许多应用场景提供强大的图形界面和点云数据处理能力。Qt 提供了优秀的跨平台图形界面支持，而 PCL 提供了点云处理的各种算法和工具。将这两者结合起来，可以在各类涉及点云数据分析、三维重建、机器人感知等领域构建出功能强大的应用程序。

1、Qt 与 PCL 的应用场景

1.1 三维重建与可视化

• 应用描述： 在三维扫描、激光扫描等技术中，点云数据被用来表示物体或场景的三维结构。利用 PCL 的点云处理能力，可以对点云进行滤波、配准、分割、重建等操作，从而重建出三维模型。Qt 作为用户界面工具，可以提供实时可视化，使得用户可以与三维重建结果进行交互。

• 应用示例：

  • 建筑物三维建模： 利用激光扫描或其他传感器采集建筑物的点云数据，使用 PCL 进行数据处理，使用 Qt 显示和交互三维重建模型。
  • 逆向工程： 使用点云重建软件，基于 PCL 对点云数据进行曲面重建或多边形网格生成，通过 Qt 提供友好的用户界面，使得工程师能够调整和优化模型。

1.2 机器人视觉与导航

• 应用描述： 在机器人领域，使用激光雷达（LIDAR）等传感器采集点云数据，用于环境感知、障碍物检测、路径规划和自主导航。PCL 提供了点云配准、特征提取、目标检测等功能，而 Qt 则用于开发图形界面，帮助用户可视化机器人的感知结果，进行实时操作和调试。

• 应用示例：

  • 自动驾驶与机器人导航： 利用激光雷达或深度相机采集周围环境的点云数据，使用 PCL 进行实时障碍物检测、道路建模、路径规划等操作，Qt 显示机器人的三维视图和运动轨迹。
  • 移动机器人避障： PCL 用于处理机器人的点云数据，实时检测障碍物并提供路径规划，Qt 用于显示机器人实时感知的环境，帮助开发人员调试和优化。

1.3 医疗图像与手术规划

• 应用描述： 在医学领域，点云数据经常用于处理 CT 扫描、MRI 图像或其他医学成像技术。PCL 可以处理这些点云数据，进行病灶区域分割、特征提取等，而 Qt 提供图形界面展示和交互功能，帮助医生或研究人员分析和处理三维医学数据。

• 应用示例：

  • 医学影像分析： 将医学图像（如 CT、MRI）转换为点云数据，使用 PCL 对数据进行滤波、分割和特征提取，Qt 用于展示三维成像和诊断结果。
  • 手术规划与辅助： 基于患者的三维点云数据（如骨骼、血管结构等），使用 PCL 对数据进行重建和配准，Qt 用于医生的交互式手术规划、模拟和可视化。

1.4 无人机与航空遥感

• 应用描述： 无人机（UAV）搭载激光雷达或摄影测量设备采集点云数据，用于地形建模、环境监测、灾害评估等任务。PCL 提供的点云滤波、配准和分割算法可以帮助处理这些数据，而 Qt 则提供了实时显示和分析的能力。

• 应用示例：

  • 地形建模： 使用无人机搭载激光雷达扫描地面，获得点云数据，使用 PCL 进行地面建模，Qt 用于显示和交互式操作地形模型。
  • 环境监测与灾害评估： 利用无人机和激光雷达进行环境监测，如森林火灾、洪水、山体滑坡等灾害评估，PCL 进行数据分析，Qt 显示灾区的三维重建。

1.5 工业自动化与质量检测

• 应用描述： 在工业自动化和质量检测中，利用激光扫描或立体相机采集点云数据，对产品进行三维表面检测、缺陷检测等。PCL 提供的算法能够帮助识别工件表面的几何特征，而 Qt 则通过图形界面展示检测结果，辅助操作和调整。

• 应用示例：

  • 产品表面检测： 使用激光扫描设备获取产品表面的点云数据，PCL 进行表面特征提取、缺陷检测等，Qt 显示产品的三维点云及其检测结果。
  • 自动化质量控制： 在生产线上，使用点云数据对产品的尺寸、形状等进行精确测量，Qt 提供界面显示实时检测结果，并提示异常。

1.6 增强现实与虚拟现实

• 应用描述： 在 AR/VR 中，点云数据可以用于场景重建、目标跟踪和增强现实效果生成。PCL 可以对现实世界的点云数据进行实时处理，而 Qt 提供了交互式界面，帮助用户查看、编辑和操作虚拟现实中的三维场景。

• 应用示例：

  • 虚拟现实场景重建： 使用激光雷达采集的点云数据创建虚拟现实环境，PCL 处理点云数据，Qt 提供虚拟环境的展示和交互。
  • 增强现实目标跟踪： 使用深度相机获取点云数据，通过 PCL 实现场景分析，Qt 显示增强现实效果，并提供用户与虚拟对象的交互。

1.7 农业与环境监测

• 应用描述： 在农业中，点云数据可以用于土地分析、作物监测等应用。通过无人机或地面传感器采集的点云数据，使用 PCL 进行土地、作物的三维建模与分析，而 Qt 则提供图形界面用于显示、交互和决策支持。

• 应用示例：

  • 作物监测与分析： 利用无人机或传感器采集作物的点云数据，PCL 进行作物生长分析，Qt 显示作物生长的三维模型及分析结果。
  • 环境变化监测： 通过遥感获取点云数据，使用 PCL 对土地、植被、环境变化进行分析，Qt 用于可视化监测结果和变化趋势。

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2、Qt 和 PCL 结合的优势

1. 跨平台支持：Qt 提供了广泛的跨平台支持，使得开发者可以在 Windows、Linux、macOS 等平台上运行相同的应用程序。
2. 交互性：Qt 提供了丰富的 UI 控件和事件机制，可以帮助开发者设计直观的界面，便于用户与点云数据进行交互，如选择、编辑、缩放等。
3. 实时可视化：Qt 提供了强大的图形渲染能力，能够支持实时渲染 PCL 处理后的点云数据，适合需要动态展示数据变化的应用场景。
4. 丰富的工具支持：Qt 配合 PCL 使用，开发者可以获得强大的图形界面支持，并结合 PCL 的点云处理功能，构建完整的应用系统。

2.1 总结

Qt 和 PCL 的结合为很多行业和应用场景提供了强大的技术支持，特别是在涉及到三维数据处理、实时分析和交互的领域。从机器人、自动驾驶到医疗、工业检测等，Qt 与 PCL 的结合能够极大地提升开发效率并增强应用的交互性和可视化效果。

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3、Qt 版本选择（Qt5/Qt6）及安装

在选择 Qt5 或 Qt6 版本时，主要考虑以下几个方面：项目需求、兼容性、性能以及所需的功能和工具支持。不同版本的 Qt 提供了不同的特性和改进，适用于不同的应用场景。

3.1、Qt5 vs Qt6 版本选择

Qt5（Qt 5.x）

• 稳定性和成熟度： Qt5 已经发布多年，经过了大量的社区验证和优化，因此它非常稳定，适用于大多数已经存在的项目和开发需求。
• 兼容性： Qt5 在操作系统的兼容性上非常好，支持的操作系统非常广泛（包括旧版本的 macOS 和 Windows）。
• 社区和文档支持： Qt5 仍然有大量的文档、教程和社区支持。如果你之前使用过 Qt 或者有一个已经在使用 Qt5 的项目，Qt5 会是一个更熟悉和可靠的选择。
• 已弃用特性： Qt5 中的一些特性和 API 已被标记为弃用（如对 OpenGL 的支持）。

Qt6（Qt 6.x）

• 新特性和改进： Qt6 引入了许多新特性，例如更好的支持高 DPI 屏幕、更高效的渲染管线、更好的图形性能、更新的多媒体支持等。
• 更好的硬件加速和性能： Qt6 使用了更新的图形架构，支持更高效的图形渲染（包括 Vulkan、OpenGL 和 Direct3D 12）。这意味着，对于需要高级图形性能的应用，Qt6 在图形渲染方面会有更好的表现。
• 现代化的 C++ 标准支持： Qt6 强化了对 C++17 和 C++20 的支持，因此如果你希望利用 C++ 中的新特性，Qt6 是一个更好的选择。
• 更长的支持周期： Qt6 是未来的版本，长期更新和维护周期将更加稳定，并会得到更长时间的支持。
• 功能的不完全： 虽然 Qt6 引入了许多新特性，但部分 Qt5 中的功能仍然没有完全迁移到 Qt6，因此如果你的项目依赖于这些特性（例如某些插件或工具），可能需要等待进一步的更新。

选择依据：

• 如果你是新项目开发，且对图形性能或现代化 C++ 标准有较高需求，Qt6 可能是更好的选择。
• 如果你的项目已经在 Qt5 上开发，并且没有特别的性能需求或依赖于 Qt6 的新特性，那么继续使用 Qt5 会更加稳妥。
• 对于长期支持，Qt6 是未来版本，适合计划长期维护或新技术栈的项目。

3.2、Qt 版本安装

1. 使用 Qt 安装器安装

Qt 提供了一个跨平台的安装器，支持 Windows、macOS 和 Linux 系统，用户可以选择安装 Qt5 或 Qt6 的各个版本。

步骤：

1. 访问 Qt 官网：Qt官网
2. 下载 Qt Online Installer。
3. 执行安装器，登录 Qt 账号（如果没有账号，可以注册一个免费账号）。
4. 选择 Qt 版本：
   • 在安装过程中，你可以选择 Qt5 或 Qt6 版本。
   • 如果选择 Qt6，可以选择 Qt6.x 的版本（例如 6.2、6.3 等）。
   • 如果选择 Qt5，可以选择 Qt5.x 的版本（例如 5.15 等）。
5. 选择 开发工具：
   • 可以选择需要的开发工具包（例如 Qt Creator、MinGW 编译器、MSVC 编译器等）。
6. 完成安装并设置开发环境。

安装命令：

• 对于 Windows：下载安装程序并运行。
• 对于 Linux：可以通过命令行工具安装（例如使用 apt、yum 等包管理工具安装）。

Linux 安装示例：

# Ubuntu 示例安装 Qt 5
sudo apt-get install qt5-qmake qtbase5-dev

# Ubuntu 示例安装 Qt 6
sudo apt-get install qt6-qmake qtbase6-dev

2. 使用包管理器安装（Linux）

对于 Linux 系统，你还可以通过系统的包管理器来安装 Qt5 或 Qt6。不同的发行版会提供不同的安装命令。

• Ubuntu/Debian：

  • 安装 Qt5：

    sudo apt install qt5-qmake qtbase5-dev
    

  • 安装 Qt6：

    sudo apt install qt6-qmake qtbase6-dev
    

• Fedora/CentOS：

  • 安装 Qt5：

    sudo dnf install qt5-qtbase-devel
    

  • 安装 Qt6：

    sudo dnf install qt6-qtbase-devel
    

• Arch Linux：

  • 安装 Qt5：

    sudo pacman -S qt5-base
    

  • 安装 Qt6：

    sudo pacman -S qt6-base
    

3. 手动编译安装

如果你想自定义安装 Qt 版本，可以从源码编译 Qt。手动编译适合一些需要特定配置或版本的开发环境。

步骤：

1. 从 Qt 官网下载源代码：Qt Git。

2. 解压并进入 Qt 源代码目录。

3. 安装依赖：

   sudo apt-get install build-essential
   sudo apt-get install libgl1-mesa-dev
   sudo apt-get install libxcb1-dev
   

4. 配置 Qt 并编译：

   ./configure
   make -j$(nproc)  # 使用多个核心加速编译
   sudo make install
   

4. 使用 Homebrew 安装（macOS）

对于 macOS 用户，可以使用 Homebrew 安装 Qt。

• 安装 Qt5：

  brew install qt@5
  

• 安装 Qt6：

  brew install qt
  

3.3、总结

• Qt5：适用于需要稳定性和兼容性的项目，特别是现有项目。Qt5 已经成熟且被广泛应用于许多桌面和嵌入式项目。
• Qt6：适用于需要更好图形性能和现代化开发环境的新项目，特别是对于对高 DPI 支持、更好图形管线等新特性有需求的开发者。

如何选择 Qt 版本：

1. 如果是 新项目，并且不依赖于 Qt5 特定功能，可以考虑选择 Qt6，因为它提供了更好的性能和新的特性。
2. 如果是 已有项目，并且需要稳定性或者某些依赖项不支持 Qt6，可以继续使用 Qt5。
3. 对于某些平台和工具链（例如 Windows 上的某些开发环境），Qt5 可能是更兼容的选择。
   至此，完成第1讲Qt 与 PCL 的应用场景以及Qt 版本选择（Qt5/Qt6）及安装相关的内容。