QColor::hsvHueF()だけじゃない！Qtで色相を扱う代替メソッドを徹底比較

QColor::hsvHueF() は、Qt の QColor クラスのメンバ関数であり、色のHSV (Hue, Saturation, Value) モデルにおける「色相 (Hue)」の値を float 型で取得するために使用されます。

HSVカラーモデルについて

色を表現する方法には、RGB (Red, Green, Blue) の他に、HSV (Hue, Saturation, Value) や CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, Key/Black) などがあります。HSVは、人間の色の認識に近い表現方法としてよく用いられます。

• V (Value: 明度/輝度):
  • 色の明るさを表します。0.0は常に黒で、1.0は最大限の明るさです。
• S (Saturation: 彩度):
  • 色の鮮やかさや純度を表します。0に近いほど灰色がかり、1.0に近いほど鮮やかな色になります。
• H (Hue: 色相):
  • 色の種類を表します。色の円周上の角度として表現され、通常は0から359の範囲で、赤が0度、緑が120度、青が240度といったように割り当てられます。
  • hsvHueF() が返す値は、この色相を0.0から1.0の範囲のfloat値で表現したものです。例えば、赤は0.0、緑は約0.33、青は約0.66になります。無彩色（グレー）の場合、色相は意味を持たないため、Qtでは通常-1.0を返します。

hsvHueF() の具体的な機能

QColor オブジェクトが持っている色情報（内部的にはRGBで保持されていることが多い）をHSVモデルに変換し、その中の色相成分を0.0から1.0の浮動小数点数として返します。

#include <QColor>
#include <QDebug> // デバッグ出力用

int main() {
    QColor red(255, 0, 0);      // RGBで赤を定義
    QColor green(0, 255, 0);    // RGBで緑を定義
    QColor blue(0, 0, 255);     // RGBで青を定義
    QColor gray(128, 128, 128); // RGBで灰色を定義

    qDebug() << "Red hue (float):" << red.hsvHueF();     // 約0.0
    qDebug() << "Green hue (float):" << green.hsvHueF(); // 約0.333
    qDebug() << "Blue hue (float):" << blue.hsvHueF();   // 約0.666
    qDebug() << "Gray hue (float):" << gray.hsvHueF();   // -1.0 (無彩色)

    return 0;
}

---

QColor::hsvHueF() は比較的単純な関数ですが、色の特性や浮動小数点数の扱いに起因するいくつかの注意点があります。

無彩色（グレー、白、黒）の場合の挙動

問題点
hsvHueF()は、無彩色（Saturationが0の色、つまり灰色、白、黒）に対しては、色相が意味を持たないため、通常 -1.0 を返します。 これを知らずに、常に 0.0 から 1.0 の範囲の有効な色相値が返されると期待していると、予期しない結果になることがあります。

トラブルシューティング

• もしくは、hsvHueF()が-1.0を返す場合は、その色が無彩色であると判断し、特殊な処理を行うようにコードを記述します。
• QColor::hsvSaturationF() (または hsvSaturation()) の値が0.0 (または0) であるかどうかをチェックすることで、無彩色かどうかを判別できます。
• hsvHueF() の戻り値を使用する前に、色が有彩色であるか（つまり、Saturationが0より大きいか）を確認します。

コード例

QColor color(128, 128, 128); // 灰色
float hue = color.hsvHueF();

if (hue == -1.0f) {
    qDebug() << "この色は無彩色なので、色相は定義されません。";
    // 無彩色に対する特定の処理
} else {
    qDebug() << "色相: " << hue;
    // 有彩色に対する処理
}

浮動小数点数の精度に関する注意

問題点
hsvHueF() は float 型の値を返します。浮動小数点数の計算には常にわずかな誤差が伴います。特に、ある特定の色の色相（例: 純粋な赤の0.0や1.0、純粋な緑の0.333...など）を厳密に比較しようとすると、期待通りの結果にならない場合があります。

トラブルシューティング

• 例えば、色相が「約0.0」であるかを判断したい場合、std::abs(hue - 0.0f) < epsilon のように比較します。
• 浮動小数点数を直接 == 演算子で比較することは避けるべきです。代わりに、ある程度の許容範囲（イプシロン）を設定して比較します。

コード例

#include <QColor>
#include <QDebug>
#include <cmath> // std::abs用

int main() {
    QColor red(255, 0, 0);
    float hue = red.hsvHueF();
    float epsilon = 0.0001f; // 許容誤差

    if (std::abs(hue - 0.0f) < epsilon || std::abs(hue - 1.0f) < epsilon) {
        qDebug() << "この色は赤系の色です。";
    } else {
        qDebug() << "色相: " << hue;
    }

    return 0;
}

不正なQColorオブジェクトの扱い

問題点
QColorオブジェクトが isValid() で false を返すような不正な状態である場合、hsvHueF() を呼び出すと未定義の動作を引き起こす可能性があります。例えば、範囲外のRGB値で作成されたり、無効な色名で初期化されたりした場合です。

トラブルシューティング

• 外部からの入力や計算結果でQColorオブジェクトを作成する場合は、QColor::isValid() メソッドでその色が有効であるかを確認することを推奨します。

コード例

#include <QColor>
#include <QDebug>

int main() {
    QColor invalidColor(300, 0, 0); // 無効なRGB値

    if (!invalidColor.isValid()) {
        qDebug() << "無効なQColorオブジェクトです。hsvHueF()は呼び出しません。";
        // エラー処理またはデフォルト値の設定
    } else {
        float hue = invalidColor.hsvHueF();
        qDebug() << "色相: " << hue;
    }

    return 0;
}

RGB値からHSVへの変換ロジックの理解不足

問題点
QColorは通常、RGB値で色を内部的に保持しています。hsvHueF()は、このRGB値をHSVに変換して色相を計算します。RGB値がどのように色相にマッピングされるかを理解していないと、期待と異なる結果が得られることがあります。

• 自分で色相を計算する代わりに、Qtの提供する QColor クラスの変換関数を利用することで、これらの複雑な計算を意識する必要がなくなります。
• HSVカラーモデルの基本的な変換ロジックを理解しておくことが役立ちます。特に、色相が円周状に0度から360度（または0.0から1.0）でどのように分布しているかを把握しておくと、デバッグが容易になります。

---

例1: さまざまな色の色相を取得して表示する

最も基本的な使用例です。異なる色のQColorオブジェクトを作成し、それぞれの色相値を取得してコンソールに出力します。

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug> // デバッグ出力用

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    // いくつかの色を定義
    QColor red(255, 0, 0);         // 純粋な赤
    QColor green(0, 255, 0);       // 純粋な緑
    QColor blue(0, 0, 255);        // 純粋な青
    QColor yellow(255, 255, 0);    // 黄色
    QColor magenta(255, 0, 255);   // マゼンタ
    QColor cyan(0, 255, 255);      // シアン
    QColor gray(128, 128, 128);    // 灰色
    QColor black(0, 0, 0);         // 黒
    QColor white(255, 255, 255);   // 白

    // 各色の色相を取得して表示
    qDebug() << "Red hue (float):" << red.hsvHueF();        // 約0.0
    qDebug() << "Green hue (float):" << green.hsvHueF();    // 約0.333
    qDebug() << "Blue hue (float):" << blue.hsvHueF();      // 約0.666
    qDebug() << "Yellow hue (float):" << yellow.hsvHueF();  // 約0.166
    qDebug() << "Magenta hue (float):" << magenta.hsvHueF(); // 約0.833
    qDebug() << "Cyan hue (float):" << cyan.hsvHueF();      // 約0.5

    // 無彩色の場合の特別な値 (-1.0) に注意
    qDebug() << "Gray hue (float):" << gray.hsvHueF();      // -1.0
    qDebug() << "Black hue (float):" << black.hsvHueF();    // -1.0
    qDebug() << "White hue (float):" << white.hsvHueF();    // -1.0

    return 0;
}

出力例

Red hue (float): 0
Green hue (float): 0.333333
Blue hue (float): 0.666667
Yellow hue (float): 0.166667
Magenta hue (float): 0.833333
Cyan hue (float): 0.5
Gray hue (float): -1
Black hue (float): -1
White hue (float): -1

例2: 色相に基づいて色を分類する

hsvHueF() の値を使って、色を大まかな色相のグループに分類する例です。

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug>

QString getColorCategory(const QColor& color) {
    if (!color.isValid()) {
        return "無効な色";
    }

    float hue = color.hsvHueF();
    float saturation = color.hsvSaturationF();

    // 無彩色の場合 (彩度が非常に低い場合)
    if (saturation < 0.01f || hue == -1.0f) { // hue == -1.0f はQtが返す無彩色の場合
        if (color.valueF() < 0.1f) return "黒系";
        if (color.valueF() > 0.9f) return "白系";
        return "灰色系";
    }

    // 色相に基づいて分類
    if (hue >= 0.0f && hue < 0.05f) return "赤系"; // 0.0に近い赤
    if (hue >= 0.95f && hue <= 1.0f) return "赤系"; // 1.0に近い赤 (円周の繋がり)
    if (hue >= 0.05f && hue < 0.15f) return "オレンジ系";
    if (hue >= 0.15f && hue < 0.25f) return "黄系";
    if (hue >= 0.25f && hue < 0.45f) return "緑系";
    if (hue >= 0.45f && hue < 0.55f) return "シアン系";
    if (hue >= 0.55f && hue < 0.75f) return "青系";
    if (hue >= 0.75f && hue < 0.95f) return "マゼンタ系";

    return "その他"; // 予期しない場合
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QList<QColor> colors;
    colors << QColor(255, 0, 0)      // 赤
           << QColor(255, 165, 0)    // オレンジ
           << QColor(255, 255, 0)    // 黄
           << QColor(0, 128, 0)      // 緑
           << QColor(0, 255, 255)    // シアン
           << QColor(0, 0, 255)      // 青
           << QColor(128, 0, 128)    // 紫
           << QColor(255, 0, 255)    // マゼンタ
           << QColor(100, 100, 100)  // 灰色
           << QColor(20, 20, 20)     // 暗い灰色
           << QColor(240, 240, 240); // 明るい灰色

    for (const QColor& color : colors) {
        qDebug() << "Color:" << color.name() << "-> Category:" << getColorCategory(color);
    }

    return 0;
}

出力例

Color: "#ff0000" -> Category: 赤系
Color: "#ffa500" -> Category: オレンジ系
Color: "#ffff00" -> Category: 黄系
Color: "#008000" -> Category: 緑系
Color: "#00ffff" -> Category: シアン系
Color: "#0000ff" -> Category: 青系
Color: "#800080" -> Category: マゼンタ系
Color: "#ff00ff" -> Category: マゼンタ系
Color: "#646464" -> Category: 灰色系
Color: "#141414" -> Category: 黒系
Color: "#f0f0f0" -> Category: 白系

例3: 色相スライダーと色表示の連動 (GUIアプリケーションの概念)

これは具体的なGUIアプリケーションのコードではありませんが、hsvHueF() がどのようにGUI要素と連携して色の選択や表示を行うかの概念を示します。

// これは概念コードであり、Qt Widgetsアプリケーションの骨格が必要です。
// 実際のアプリケーションではQSlider, QColorDialog, QLabel などを使用します。

/*
// .h ファイル
#include <QWidget>
#include <QColor>
#include <QSlider>
#include <QLabel>
#include <QVBoxLayout>

class ColorPickerWidget : public QWidget {
    Q_OBJECT
public:
    explicit ColorPickerWidget(QWidget *parent = nullptr) : QWidget(parent) {
        QVBoxLayout *layout = new QVBoxLayout(this);

        colorDisplayLabel = new QLabel("現在の色");
        colorDisplayLabel->setFixedSize(100, 100);
        colorDisplayLabel->setAlignment(Qt::AlignCenter);
        colorDisplayLabel->setStyleSheet("background-color: black; border: 1px solid gray;");
        layout->addWidget(colorDisplayLabel);

        hueSlider = new QSlider(Qt::Horizontal);
        hueSlider->setRange(0, 1000); // 0.0 - 1.0 を1000段階で表現
        hueSlider->setValue(0); // 初期値は赤 (0.0)
        layout->addWidget(hueSlider);

        connect(hueSlider, &QSlider::valueChanged, this, &ColorPickerWidget::onHueSliderChanged);

        // 初期色を設定
        updateColorDisplay(QColor::fromHsvF(0.0f, 1.0f, 1.0f)); // 純粋な赤
    }

private slots:
    void onHueSliderChanged(int value) {
        // スライダーの値 (0-1000) を0.0-1.0の浮動小数点数に変換
        float hue = static_cast<float>(value) / 1000.0f;

        // 彩度と明度は固定値 (例: 1.0f) で、色相のみ変更する新しい色を作成
        QColor newColor = QColor::fromHsvF(hue, 1.0f, 1.0f);

        updateColorDisplay(newColor);
    }

    void updateColorDisplay(const QColor& color) {
        currentColor = color;
        // QLabelの背景色を更新
        colorDisplayLabel->setStyleSheet(QString("background-color: %1; border: 1px solid gray;")
                                            .arg(currentColor.name()));
        colorDisplayLabel->setText(QString("色相: %1").arg(currentColor.hsvHueF(), 0, 'f', 2));
    }

private:
    QLabel *colorDisplayLabel;
    QSlider *hueSlider;
    QColor currentColor;
};

// main.cpp (Qt Widgetsアプリケーション)
#include <QApplication>
#include "colorpickerwidget.h"

int main(int argc, char *argv[]) {
    QApplication a(argc, argv);
    ColorPickerWidget widget;
    widget.setWindowTitle("色相スライダー");
    widget.show();
    return a.exec();
}
*/

この概念コードの目的

• 作成した色のhsvHueF()を再び取得し、表示に利用することで、色の変化と数値の変化が連動していることを確認する。
• スライダーの値をhsvHueF()のような0.0-1.0の範囲に変換し、QColor::fromHsvF()を使って新しい色を作成する。

例4: 特定の色相範囲のオブジェクトをフィルタリングする

ゲーム開発やグラフィックアプリケーションで、特定の色相を持つオブジェクトを検出するようなシナリオです。

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug>
#include <QList>

struct GameObject {
    QString name;
    QColor color;
};

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QList<GameObject> objects;
    objects.append({"りんご", QColor(255, 0, 0)});       // 赤
    objects.append({"バナナ", QColor(255, 255, 0)});     // 黄色
    objects.append({"草", QColor(0, 128, 0)});           // 緑
    objects.append({"空", QColor(0, 0, 255)});           // 青
    objects.append({"夕焼け", QColor(255, 100, 50)});    // オレンジよりの赤
    objects.append({"石", QColor(150, 150, 150)});       // 灰色

    float minHue = 0.0f; // 赤系の始まり
    float maxHue = 0.1f; // 赤系の終わり (0.0から0.1の範囲と、0.9から1.0の範囲を赤とする)
    float redishHueThreshold = 0.9f; // 赤系のもう一つの範囲の始まり

    qDebug() << "赤系（またはそれに近い色相）のオブジェクト:";
    for (const GameObject& obj : objects) {
        float hue = obj.color.hsvHueF();
        float saturation = obj.color.hsvSaturationF();

        // 無彩色を除外するために彩度を確認
        if (saturation < 0.1f || hue == -1.0f) {
            continue; // 無彩色はスキップ
        }

        // 色相が赤の範囲内にあるかチェック
        if ((hue >= minHue && hue < maxHue) || (hue >= redishHueThreshold && hue <= 1.0f)) {
            qDebug() << "  - " << obj.name << "(" << obj.color.name() << ", 色相:" << hue << ")";
        }
    }

    return 0;
}

赤系（またはそれに近い色相）のオブジェクト:
  - りんご (#ff0000", 色相:0)
  - 夕焼け (#ff6432", 色相:0.0454545)

---

int QColor::hsvHue()

hsvHueF() と同様にHSVモデルの色相を取得しますが、こちらはint型で0から359の範囲の値を返します。グラフィックアプリケーションや、色相を角度として扱いたい場合に特に便利です。

特徴

• 無彩色（灰色、白、黒）の場合、-1を返します。
• 0〜359の整数値で色相を表します。

使用例

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QColor color(255, 128, 0); // オレンジ色
    int hueInt = color.hsvHue();
    float hueFloat = color.hsvHueF();

    qDebug() << "HSV Hue (int):" << hueInt;      // 例: 30
    qDebug() << "HSV Hue (float):" << hueFloat;  // 例: 0.083333

    QColor gray(100, 100, 100);
    qDebug() << "Gray Hue (int):" << gray.hsvHue(); // -1

    return 0;
}

int QColor::hue() と float QColor::hueF()

これらの関数は、HSVまたはHSLのどちらのカラーモデルに基づいているかに関わらず、最も適切な色相値を取得します。通常、内部的にHSVが使われますが、明確な区別が不要な場合に利用できます。

特徴

• HSVモデルの色相値と同じく、intは0〜359、floatは0.0〜1.0の範囲で、無彩色の場合は-1を返します。
• hsvHue() や hsvHueF() と同じ値を返すことがほとんどですが、文脈によっては異なる場合があります。

使用例

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QColor color(0, 255, 0); // 緑色
    qDebug() << "General Hue (int):" << color.hue();    // 例: 120
    qDebug() << "General Hue (float):" << color.hueF(); // 例: 0.333333

    return 0;
}

int QColor::hslHue() と float QColor::hslHueF()

HSVの代わりにHSL (Hue, Saturation, Lightness) カラーモデルの色相を取得したい場合に使用します。HSLは、HSVと似ていますが、明度（Value）の代わりに輝度（Lightness）を使用します。

特徴

• HSVとHSLの変換は異なるため、同じRGB値でも色相がわずかに異なる場合があります。
• 0〜359の整数値（hslHue()）または0.0〜1.0の浮動小数点数（hslHueF()）で、無彩色の場合-1を返します。
• HSLモデルの色相値を返します。

使用例

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QColor color(128, 0, 255); // 紫色
    qDebug() << "HSL Hue (int):" << color.hslHue();     // 例: 270
    qDebug() << "HSL Hue (float):" << color.hslHueF();  // 例: 0.75

    return 0;
}

getHsvF() および getHsv() で全てのHSV成分を取得する

QColor::hsvHueF() は色相のみを返しますが、getHsvF() または getHsv() を使用すると、色相、彩度、明度の全てのHSV成分を一度に取得できます。これは、色相だけでなく、他の成分も必要とする場合に効率的です。

特徴

• getHsvF() はfloat型、getHsv() はint型の値を取得します。
• 複数のポインタを引数に取り、各成分を格納します。

使用例

#include <QCoreApplication>
#include <QColor>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QCoreApplication a(argc, argv);

    QColor color(0, 200, 100); // シアンに近い色

    float h, s, v, a_float;
    color.getHsvF(&h, &s, &v, &a_float); // アルファ値も取得可能

    qDebug() << "Hue (float):" << h;
    qDebug() << "Saturation (float):" << s;
    qDebug() << "Value (float):" << v;
    qDebug() << "Alpha (float):" << a_float;

    int h_int, s_int, v_int, a_int;
    color.getHsv(&h_int, &s_int, &v_int, &a_int);

    qDebug() << "Hue (int):" << h_int;
    qDebug() << "Saturation (int):" << s_int;
    qDebug() << "Value (int):" << v_int;
    qDebug() << "Alpha (int):" << a_int;

    return 0;
}

自分でRGBからHSVへの変換ロジックを実装する (推奨はされないが、代替として可能)

Qtの関数を使用せずに、RGB値からHSVの色相を計算することも理論的には可能です。しかし、これは車輪の再発明であり、Qtが提供する最適化された信頼性の高い関数を使う方がはるかに良い選択です。

• 特定のニッチなニーズ（例えば、独自のカスタマイズされたHSVモデルを使用したい場合など）がない限り、避けるべきです。
• 無彩色の扱い、境界値の処理などが自力で実装する必要があります。
• 計算が複雑で、浮動小数点数演算の誤差に注意が必要です。

1. RGB成分（0-1の範囲に正規化）の最大値（Max）と最小値（Min）を求める。
2. 色相Hは、MaxとMinの値に基づいて、以下の式で計算される。
   • もしMax == Min (無彩色) ならば H = 0 (または未定義として扱う)
   • そうでなければ、RGBの各成分の値に応じて異なる計算式を用いる（例: Max == R なら H = (G-B)/(Max-Min) * 60 + 0 など）。
3. 計算されたHを0〜360の範囲に調整し、必要に応じて0.0〜1.0に正規化する。