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Qt Screen Lock Detection Demo

一个基于 Qt5 + CMake 的跨平台应用程序，用于检测系统的锁屏状态和电源状态（睡眠/唤醒），并在锁屏时自动停止所有渲染。

支持平台：

✅ Linux (Ubuntu, Deepin, Fedora 等)
✅ macOS (10.12 及以上版本)

功能特性

核心功能

✅ 自动检测锁屏状态：
- Linux: 通过 DBus 监听系统的锁屏/解锁事件
- macOS: 通过 NSDistributedNotificationCenter 监听系统通知
✅ 电源状态监控：
- Linux: 通过 DBus login1 服务监听系统睡眠/唤醒事件
- macOS: 通过 NSWorkspace 监听系统电源状态变化
✅ 双渲染引擎支持：
- Vulkan 渲染器：高性能 GPU 加速渲染（需要 Vulkan SDK）
  - Linux: 支持 Vulkan 1.0+
  - macOS: 支持 MoltenVK（Vulkan over Metal）
  - 特性：MSAA 抗锯齿、动态几何、文字渲染（FreeType）
- QPainter 渲染器：传统 Qt 绘制（兼容性备选）
✅ 自动停止渲染：屏幕锁定或系统睡眠时自动停止所有渲染，节省系统资源
✅ 实时动画演示：
- 动态旋转圆圈
- 波浪效果
- 渐变背景
- 实时文字显示
✅ 手动控制：提供手动启用/禁用渲染的按钮
✅ 状态监控：实时显示锁屏状态、电源状态、渲染状态和帧数统计
✅ 多平台支持：
- Linux: 支持 GNOME、KDE、XFCE、Deepin DDE、UKUI 等主流桌面环境
- macOS: 原生系统通知支持，MoltenVK 集成

技术架构

核心组件

ScreenLockDetector - 跨平台锁屏检测器
- 基础架构: ScreenLockDetectorBase 抽象基类
- Linux: ScreenLockDetectorLinux - 通过 Qt DBus 监听系统锁屏信号
  - 支持 GNOME ScreenSaver、systemd-logind 和 Deepin DDE 接口
- macOS: ScreenLockDetectorMacOS - 通过 NSDistributedNotificationCenter 监听系统通知
  - 监听 com.apple.screenIsLocked/Unlocked 通知
- 发出锁屏/解锁信号供其他组件订阅
PowerMonitor - 跨平台电源监视器
- 基础架构: PowerMonitorBase 抽象基类
- Linux: PowerMonitorLinux - 通过 DBus login1 服务监听
  - 监听 org.freedesktop.login1.Manager 的 PrepareForSleep 信号
- macOS: PowerMonitorMacOS - 通过 NSWorkspace 监听
  - 监听 NSWorkspaceWillSleepNotification 和 NSWorkspaceDidWakeNotification
- 发出睡眠/唤醒信号
RenderWidgetBase - 渲染组件抽象接口
- 定义统一的渲染器接口
- 支持动态切换不同渲染后端
VulkanWidget - Vulkan 渲染组件
- 使用 volk 动态加载 Vulkan 函数
- 支持 MSAA 多重采样抗锯齿
- 集成 FreeType 字体渲染
- macOS: 专门的 CAMetalLayer 支持（MoltenVK）
- 自动处理窗口大小调整和设备丢失恢复
CustomWidget - QPainter 渲染组件
- 传统 Qt 绘制实现
- 作为 Vulkan 不可用时的备选方案
- 实现了相同的动画效果
MainWindow - 主窗口
- 整合各个组件
- 提供用户界面和控制面板
- 实时状态显示

技术栈

语言：C++11 / Objective-C++ (macOS)
GUI 框架：Qt 5.15.2 (或更高版本)
构建系统：CMake 3.10+
图形 API：
- Vulkan 1.0+ (通过 volk 动态加载)
- MoltenVK (macOS)
- QPainter (备选方案)
字体渲染：FreeType 2.x
系统接口：
- Linux: Qt DBus, X11
- macOS: Foundation Framework, AppKit, QuartzCore (CAMetalLayer)
平台：Linux / macOS 10.12+

项目结构

ScreenLockDetector/
├── CMakeLists.txt                    # CMake 构建配置（跨平台）
├── README.md                         # 项目文档
├── build.sh                          # Linux 编译脚本
├── run.sh                            # Linux 运行脚本
├── build_mac.sh                      # macOS 编译脚本
├── run_mac.sh                        # macOS 运行脚本
├── docs/                             # 文档目录
├── third_party/                      # 第三方库
│   └── volk/                         # Vulkan 函数加载器
├── shaders/                          # GLSL 着色器源码
└── src/
    ├── main.cpp                      # 程序入口
    ├── mainwindow.h/cpp              # 主窗口
    ├── screenlockdetector.h/cpp      # 锁屏检测器工厂类
    ├── powermonitor.h/cpp            # 电源监视器工厂类
    ├── renderwidgetbase.h            # 渲染组件抽象接口
    ├── vulkanwidget.h/cpp            # Vulkan 渲染组件
    ├── vulkanrenderer.h/cpp          # Vulkan 渲染器核心
    ├── customwidget.h/cpp            # QPainter 渲染组件
    └── platform/                     # 平台特定代码
        ├── README.md                 # 平台代码组织说明
        ├── screenlockdetector_base.h/cpp      # 锁屏检测基类
        ├── screenlockdetector_linux.h/cpp     # Linux 实现
        ├── screenlockdetector_macos.h/mm      # macOS 实现
        ├── powermonitor_base.h/cpp            # 电源监视基类
        ├── powermonitor_linux.h/cpp           # Linux 实现
        ├── powermonitor_macos.h/mm            # macOS 实现
        └── vulkanwidget_macos.h/mm            # macOS Vulkan 辅助

系统要求

Linux

Linux Ubuntu 18.04 或更高版本（也支持 Deepin OS、Fedora 等）
Qt 5.15.2 或更高版本
CMake 3.10 或更高版本
GCC/G++ 编译器（支持 C++11）
DBus 系统服务
X11 开发库
可选：Vulkan SDK 1.0+ (用于 Vulkan 渲染)
可选：FreeType 开发库 (用于 Vulkan 文字渲染)

macOS

macOS 10.12 (Sierra) 或更高版本
Qt 5.15.2 或更高版本（可通过 Homebrew 或 MacPorts 安装）
CMake 3.10 或更高版本
Xcode Command Line Tools
Foundation 和 Cocoa 框架（系统自带）
可选：Vulkan SDK 1.4+ (包含 MoltenVK，用于 Vulkan 渲染)
可选：FreeType 库 (用于 Vulkan 文字渲染)

安装与编译

macOS 平台

1. 安装依赖

使用 Homebrew 或 MacPorts 安装 Qt5：

Homebrew:

# 安装 Homebrew（如果尚未安装）
/bin/bash -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/Homebrew/install/HEAD/install.sh)"

# 安装 Qt5
brew install qt@5

# 安装 CMake（如果尚未安装）
brew install cmake

# 可选：安装 FreeType（用于文字渲染）
brew install freetype

MacPorts:

sudo port install qt5
sudo port install cmake
sudo port install freetype

Vulkan SDK（可选，用于 Vulkan 渲染）:

# 从 LunarG 下载并安装
# https://vulkan.lunarg.com/sdk/home

# 或者下载到 ~/VulkanSDK/
# 安装后设置环境变量
export VULKAN_SDK=~/VulkanSDK/1.4.328.1/macOS
export DYLD_LIBRARY_PATH=$VULKAN_SDK/lib:$DYLD_LIBRARY_PATH
export VK_ICD_FILENAMES=$VULKAN_SDK/share/vulkan/icd.d/MoltenVK_icd.json

2. 编译项目

# 赋予脚本执行权限
chmod +x build_mac.sh run_mac.sh

# 编译
./build_mac.sh

脚本会自动搜索 Qt 和 Vulkan SDK 安装路径。

Linux 平台

1. 安装依赖

# Ubuntu/Debian
sudo apt-get update
sudo apt-get install qt5-default qtbase5-dev libqt5dbus5 \
                     libx11-dev cmake g++

# 可选：Vulkan 开发库
sudo apt-get install vulkan-tools libvulkan-dev

# 可选：FreeType 开发库
sudo apt-get install libfreetype6-dev

# Fedora
sudo dnf install qt5-qtbase-devel qt5-qtbase-gui \
                 libX11-devel cmake gcc-c++

# 可选：Vulkan 和 FreeType
sudo dnf install vulkan-tools vulkan-headers freetype-devel

2. 编译项目

# 赋予脚本执行权限
chmod +x build.sh run.sh

# 编译
./build.sh

编译成功后，可执行文件将生成在 build/bin/ScreenLockDetector

运行应用

macOS 平台

# 使用运行脚本（推荐，自动设置环境变量）
./run_mac.sh

# 或直接运行
./build/bin/ScreenLockDetector

Linux 平台

# 使用运行脚本（推荐）
./run.sh

# 或直接运行
./build/bin/ScreenLockDetector

使用说明

启动应用：运行应用后，会看到一个带有动态动画的窗口
- 如果 Vulkan 可用，默认使用 Vulkan 渲染器
- 否则回退到 QPainter 渲染器
查看渲染器类型：
- 窗口标题显示当前使用的渲染器（Vulkan 或 QPainter）
- Vulkan 渲染器提供更好的性能和效果
测试锁屏检测：
- macOS: 使用快捷键 Ctrl + Cmd + Q 或从菜单栏选择"锁定屏幕"
- Linux: 使用快捷键 Ctrl + Alt + L 或 Super + L
- 观察动画是否停止
- 解锁后动画应自动恢复
测试电源监控：
- 合上笔记本屏幕或选择"睡眠"
- 观察控制台输出睡眠/唤醒消息
- 唤醒后渲染会自动恢复
查看状态信息：
- Renderer Type：当前使用的渲染器类型
- Detector Status：锁屏检测器是否正常工作
- Screen Lock Status：当前屏幕锁定状态（🔒 LOCKED / 🔓 UNLOCKED）
- Rendering Status：渲染是否启用（✓ ENABLED / ✗ DISABLED）
- Frame Count：已渲染的总帧数
- FPS：当前帧率（仅 Vulkan）
手动控制（可选）：
- Enable Rendering：手动启用渲染
- Disable Rendering：手动禁用渲染
- Reset Frame Count：重置帧数计数器

工作原理

锁屏检测机制

Linux: DBus 监听

应用程序通过 Qt DBus 连接到 Linux 系统的锁屏服务：

Deepin DDE 接口（Deepin OS）

Service: com.deepin.dde.lockFront
Path: /com/deepin/dde/lockFront
Interface: com.deepin.dde.lockFront
Signals: Visible(bool)

GNOME ScreenSaver 接口

Service: org.gnome.ScreenSaver
Path: /org/gnome/ScreenSaver
Interface: org.gnome.ScreenSaver
Signal: ActiveChanged(bool)

KylinOS UKUI 接口

Service: org.ukui.ScreenSaver
Path: /
Interface: org.ukui.ScreenSaver
Signals: lock(), unlock()

macOS: 分布式通知中心

应用程序通过 NSDistributedNotificationCenter 监听 macOS 系统通知：

屏幕锁定通知

Notification: com.apple.screenIsLocked
当用户锁定屏幕时发送

屏幕解锁通知

Notification: com.apple.screenIsUnlocked
当用户解锁屏幕时发送

屏幕保护程序通知（辅助检测）

Notifications:
- com.apple.screensaver.didstart
- com.apple.screensaver.didstop

电源监控机制

Linux: DBus login1 服务

Service: org.freedesktop.login1
Path: /org/freedesktop/login1
Interface: org.freedesktop.login1.Manager
Signal: PrepareForSleep(bool entering_sleep)

macOS: NSWorkspace 通知

NSWorkspaceWillSleepNotification - 系统即将睡眠
NSWorkspaceDidWakeNotification - 系统已经唤醒

Vulkan 渲染流程

初始化：
- 使用 volk 动态加载 Vulkan 函数
- 创建 Vulkan 实例（macOS 需要 portability 扩展）
- 选择物理设备（GPU）
- 创建逻辑设备和队列
- macOS: 创建 CAMetalLayer 用于 MoltenVK 渲染
渲染管线：
- 创建 swap chain（交换链）
- 创建 render pass（渲染通道）
- 加载 SPIR-V 着色器
- 创建图形管线（背景、几何、线条、文字）
- 设置 MSAA 多重采样
每帧渲染：
- 获取 swap chain 图像
- 记录命令缓冲
- 绘制背景、几何和文字
- 提交到 GPU 队列
- 呈现到屏幕

渲染控制

当检测到锁屏或睡眠时：

相应的检测器发出信号
MainWindow 接收信号并调用渲染器的 setRenderingEnabled(false)
渲染器停止渲染定时器
GPU 进入空闲状态，节省资源

当检测到解锁或唤醒时：

相应的检测器发出信号
MainWindow 调用 setRenderingEnabled(true)
渲染器重启渲染定时器
动画恢复正常渲染

平台特定架构

设计模式

项目采用 工厂模式 + 策略模式 实现跨平台支持：

抽象基类 (*_base.h/cpp)
- 定义统一接口
- 实现公共功能
平台实现 (*_linux.h/cpp, *_macos.h/mm)
- 继承基类
- 实现平台特定 API
工厂类 (screenlockdetector.h/cpp, powermonitor.h/cpp)
- 根据编译平台自动选择实现
- 提供统一的公共 API

详见：src/platform/README.md

故障排除

macOS 平台

问题 1：Vulkan 实例创建失败

错误信息：Failed to create Vulkan instance, error code: -9

原因：MoltenVK 未正确安装或配置

解决方案：

# 确保 Vulkan SDK 已安装
ls ~/VulkanSDK/1.4.328.1/macOS/lib/libMoltenVK.dylib

# 设置环境变量
export VULKAN_SDK=~/VulkanSDK/1.4.328.1/macOS
export DYLD_LIBRARY_PATH=$VULKAN_SDK/lib:$DYLD_LIBRARY_PATH
export VK_ICD_FILENAMES=$VULKAN_SDK/share/vulkan/icd.d/MoltenVK_icd.json

# 使用 run_mac.sh 脚本运行（已包含配置）
./run_mac.sh

问题 2：CAMetalLayer 错误

错误信息：VK_ERROR_SURFACE_LOST_KHR: On-screen rendering requires a layer of type CAMetalLayer

原因：已在新版本中修复，确保使用最新代码

解决方案：重新编译项目

问题 3：应用无法检测到锁屏

解决方案：

# 查看应用日志
./run_mac.sh 2>&1 | grep "ScreenLock"

# 确保应用有必要的权限
# 系统偏好设置 > 安全性与隐私 > 隐私

Linux 平台

问题 1：Vulkan 不可用

错误信息：Vulkan headers not found

解决方案：

# 安装 Vulkan 开发库
sudo apt-get install vulkan-tools libvulkan-dev

# 或手动下载 Vulkan Headers
git clone https://github.com/KhronosGroup/Vulkan-Headers.git
# 更新 CMakeLists.txt 中的 VULKAN_HEADERS_DIR

问题 2：锁屏检测不工作

解决方案：

# 检查 DBus 服务
ps aux | grep dbus

# 检查 GNOME ScreenSaver 是否可用
qdbus org.gnome.ScreenSaver

# 查看应用日志输出
./run.sh 2>&1 | grep "ScreenLockDetector"

通用问题

问题：编译错误 - Qt5 not found

解决方案：

# 设置 Qt5_DIR 环境变量
export Qt5_DIR=/path/to/qt/lib/cmake/Qt5

# 或修改 CMakeLists.txt 中的 Qt5_DIR 路径

性能优化

Vulkan 渲染器

MSAA：自动选择最佳采样数（最高 8x）
三缓冲：使用 3 个并行帧减少延迟
动态加载：使用 volk 避免链接 Vulkan 库
命令缓冲复用：减少 CPU 开销

资源节省

锁屏时自动停止渲染（节省 GPU 资源）
睡眠时自动停止所有活动（节省电池）
最小化时暂停渲染（可选）

扩展开发

添加新的平台特性

详见：src/platform/README.md

自定义着色器

编辑 shaders/ 目录中的 GLSL 文件，然后重新编译：

./compile_shaders.sh
./build_mac.sh  # 或 ./build.sh

添加新的渲染效果

在 VulkanRenderer 或 CustomWidget 中添加自定义绘制代码。

许可证

本项目仅用于学习和演示目的。

作者

Qt Screen Lock Detection Demo Team

更新日志

v3.0.0 (2024-11-11)

✅ 重大更新: 新增 Vulkan 渲染支持
✅ 重大更新: 新增电源监控功能（睡眠/唤醒检测）
✅ macOS: 完整的 MoltenVK 支持（包含 CAMetalLayer）
✅ 双渲染引擎：Vulkan + QPainter
✅ MSAA 抗锯齿支持
✅ FreeType 字体渲染集成
✅ 重构项目结构：创建 platform/ 目录统一管理平台代码
✅ 改进的跨平台架构（Factory + Strategy 模式）
✅ 完善的文档和故障排除指南

v2.0.0 (2024)

✅ 新增 macOS 平台支持
✅ 实现跨平台架构（Linux + macOS）
✅ macOS: 使用 NSDistributedNotificationCenter 监听系统通知
✅ 创建平台特定的构建和运行脚本

v1.1.0 (2024)

✅ 新增 Deepin OS (DDE) 锁屏检测支持
✅ 优化多桌面环境兼容性

v1.0.0 (2024)

✅ 初始版本发布
✅ 支持 GNOME 和 systemd-logind 锁屏检测
✅ 实现自动渲染控制
✅ 提供丰富的动画演示效果

技术支持

如有问题或建议，欢迎提出！

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Qt Screen Lock Detection Demo

功能特性

核心功能

技术架构

核心组件

技术栈

项目结构

系统要求

Linux

macOS

安装与编译

macOS 平台

1. 安装依赖

2. 编译项目

Linux 平台

1. 安装依赖

2. 编译项目

运行应用

macOS 平台

Linux 平台

使用说明

工作原理

锁屏检测机制

Linux: DBus 监听

macOS: 分布式通知中心

电源监控机制

Linux: DBus login1 服务

macOS: NSWorkspace 通知

Vulkan 渲染流程

渲染控制

平台特定架构

设计模式

故障排除

macOS 平台

问题 1：Vulkan 实例创建失败

问题 2：CAMetalLayer 错误

问题 3：应用无法检测到锁屏

Linux 平台

问题 1：Vulkan 不可用

问题 2：锁屏检测不工作

通用问题

问题：编译错误 - Qt5 not found

性能优化

Vulkan 渲染器

资源节省

扩展开发

添加新的平台特性

自定义着色器

添加新的渲染效果

许可证

作者

更新日志

v3.0.0 (2024-11-11)

v2.0.0 (2024)

v1.1.0 (2024)

v1.0.0 (2024)

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