图形学种子填充算法
/种子填充算法
void CZhztchView::boundaryfill4(int x, int y, int boundarycolor, int newcolor)
{
int color;
CClientDC dc(this); //获取客户区设备描述表
color=dc.GetPixel(x,y);
if(color!=newcolor&&color!=boundarycolor)
{
dc.SetPixel(x,y,newcolor);
boundaryfill4(x,y+1,boundarycolor,newcolor);
boundaryfill4(x,y-1,boundarycolor,newcolor);
boundaryfill4(x-1,y,boundarycolor,newcolor);
boundaryfill4(x+1,y,boundarycolor,newcolor);
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////////// ///////////////
//扫描线填充算法
void CZhztchView::OnScanfill()
{
RedrawWindow();
CDC* pDC=GetDC();
CPen newpen(PS_SOLID,3,RGB(255,0,0));
CPen *old=pDC->SelectObject(&newpen);
spt[0]=CPoint(100,100); //绘制多边形区域
spt[1]=CPoint(300,100);
spt[2]=CPoint(250,250);
spt[3]=CPoint(100,250);
spt[4]=CPoint(150,200);
spt[5]=CPoint(90,180);
spt[6]=CPoint(150,150);
spt[7]=CPoint(100,100);
pDC->Polyline(spt,8);
//pDC->SelectObject(old);
//ReleaseDC(pDC);
// TODO: Add your command handler code here //CDC* pDC=GetDC();
CPen newpen2(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0)); CPen *old2=pDC->SelectObject(&newpen2);
int j,k,s = 0;
int p[5]; //每根扫描线交点
int pmin = 0,pmax = 0;
for(int i=0;i<=6;i++)//建立边表
{
edge[i].dx=(float)(spt[i+1].x-spt[i].x)/(spt[i+1].y-spt[i].y); if (spt[i].y<=spt[i+1].y){
edge[i].num=i;
edge[i].ymin=spt[i].y;
edge[i].ymax=spt[i+1].y;
edge[i].xmin=(float)spt[i].x;
edge[i].xmax=(float)spt[i+1].x;
if(spt[i+1].y > pmax)
pmax = spt[i+1].y;
if(spt[i].y < pmin)
pmin = spt[i].y;
}
else{
edge[i].num=i;
edge[i].ymin=spt[i+1].y;
edge[i].ymax=spt[i].y;
edge[i].xmax=(float)spt[i].x;
edge[i].xmin=(float)spt[i+1].x;
if(spt[i].y > pmax)
pmax = spt[i].y;
if(spt[i+1].y < pmin)
pmin = spt[i+1].y;
}
}
for(int r=1;r<=6;r++) //排序edge(yUpper，xIntersect)，结果为从大到小
{
for(int q=0;q<=6-r;q++)
{
if(edge[q].ymin { newedge[0]=edge[q]; edge[q]=edge[q+1]; edge[q+1]=newedge[0]; } } } for(intscan=pmax-1;scan&；intb=0;；k=s;；for(j=k;j<=6;j++)；if((sc an>edge[j].ymin；if(scan==edge[j].ymax)；if(spt[edge[j].num+1].y&；b+ +;；p[b]=(int)edge[j].xmax;；elseif(spt[edge[j]. for(int scan=pmax-1;scan>=pmin+1;scan--) { int b=0; k=s; for(j=k;j<=6;j++) { if((scan>edge[j].ymin)&&(scan<=edge[j].ymax))//判断与线段相交 { if(scan==edge[j].ymax) { if(spt[edge[j].num+1].y { b++; p[b]=(int)edge[j].xmax; } else if(spt[edge[j].num-1].y b++; p[b]=(int)edge[j].xmax; } } if((scan>edge[j].ymin)&&(scan { b++; p[b]=(int)(edge[j].xmax+edge[j].dx*(scan-edge[j].ymax)); } } //pDC->LineTo(spt[edge[0].num].x,spt[edge[0].num].y); if(scan<=ed ge[j].ymin)// s=j; } if(b>1) { for(int u=1;u { pDC->MoveTo(p[u]-1,scan); u++; pDC->LineTo(p[u],scan); } } } pDC->SelectObject(old); pDC->SelectObject(old2); } 13. 设五边形的五个顶点坐标为(10, 10)，(15, 5)，(12, 5)，(8, 2)和(4, 5)，利用多边形区域填充算法，编一程序生成一个实心图。 解：假设以上五个顶点依次对应编号A-B-C-D-E，首先计算得到ET表： 6-10 5 4 3 2 1 该多边形的AET指针的内容为： 1 AET为空 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 01234567891011121314 1516 5 6 7 8 9 10 具体编程实现如下： 第1步：(1) 根据输入的五个顶点坐标找到y 值最小的点(例如点D ，此时y=2)，并找到与D 有边关系的两个顶点(此时为E 和C)，在y=2处建立ET 边表记录(ymax 、xi 和m 值均可通过顶点坐标间的计算得到，例如DE 边的建立，特别注意：当D 点和E 点y 坐标值相同时，也即是DE 与x 轴平行，该边不能计入ET 边表)，之后标记D 点被访问过；(2) 排除访问过的点以及和该点相关联的边，重复(1)直至将ET 表建立完善。 [注]边关系的建立可通过邻接矩阵的数据结构实现，权值可以为该矩阵行编号对应点的y 坐标值，ET 边表采用邻接表的数据结构 第2步：根据ET 表构建AET 表，并逐行完成多边形填充，具体的C++代码如下： (1) 建立头文件base_class.h ，主要是边表结点结构体和ET 边表类的实现 enum ResultCode{Success, Failure}; template 裁剪算法详解 在使用计算机处理图形信息时，计算机部存储的图形往往比较大，而屏幕显示的只是图的一部分。因此需要确定图形中哪些部分落在显示区之，哪些落在显示区之外，以便只显示落在显示区的那部分图形。这个选择过程称为裁剪。最简单的裁剪方法是把各种图形扫描转换为点之后，再判断各点是否在窗。但那样太费时，一般不可取。这是因为有些图形组成部分全部在窗口外，可以完全排除，不必进行扫描转换。所以一般采用先裁剪再扫描转换的方法。 (a)裁剪前 (b) 裁剪后 图1.1 多边形裁剪 1直线段裁剪 直线段裁剪算法比较简单，但非常重要，是复杂图元裁剪的基础。因为复杂的曲线可以通过折线段来近似，从而裁剪问题也可以化为直线段的裁剪问题。常 用的线段裁剪方法有三种：Cohen-Sutherland,中点分割算法和梁友栋－barskey 算法。 1.1 Cohen-Sutherland裁剪 该算法的思想是：对于每条线段P1P2分为三种情况处理。（1）若P1P2完全在窗口，则显示该线段P1P2简称“取”之。（2）若P1P2明显在窗口外，则丢弃该线段，简称“弃”之。（3）若线段既不满足“取”的条件，也不满足“弃”的条件，则在交点处把线段分为两段。其中一段完全在窗口外，可弃之。然后对另一段重复上述处理。 为使计算机能够快速判断一条直线段与窗口属何种关系，采用如下编码方法。延长窗口的边，将二维平面分成九个区域。每个区域赋予4位编码CtCbCrCl.其中各位编码的定义如下： 图1.2 多边形裁剪区域编码图5.3线段裁剪 裁剪一条线段时，先求出P1P2所在的区号code1,code2。若code1=0,且code2=0，则线段P1P2在窗口，应取之。若按位与运算code1&code2≠0，则说明两个端点同在窗口的上方、下方、左方或右方。可判断线段完全在窗口外，可弃之。否则，按第三种情况处理。求出线段与窗口某边的交点，在交点处把线段一分为二，其中必有一段在窗口外，可弃之。在对另一段重复上述处理。在实现本算法时，不必把线段与每条窗口边界依次求交，只要按顺序检测到端点的编码不为0，才把线段与对应的窗口边界求交。 Cohen-Sutherland裁减算法 #define LEFT 1 #define RIGHT 2 #define BOTTOM 4 实验四区域填充算法的实现 一、实验目的和要求： 1、掌握区域填充算法基本知识 2、理解区域的表示和类型，能正确区分四连通和八连通的区域 3、了解区域填充的实现原理，利用Microsoft Visual C++ 6.0（及EasyX_2011版） 实现区域种子填充的递归算法。 二、实验内容： 1、编程完成区域填色 2、利用画线函数，在屏幕上定义一个封闭区域。 3、利用以下两种种子填充算法，填充上述步骤中定义的区域 (1)边界表示的四连通区域种子填充的实现 (2)内点表示的四连通区域种子填充的实现 4、将上述算法作部分改动应用于八连通区域，构成八连通区域种子填充算法， 并编程实现。 三、实验结果分析 1、以上各种算法相应代码及运行结果如下： 程序代码： #include /种子填充算法 void CZhztchView::boundaryfill4(int x, int y, int boundarycolor, int newcolor) { int color; CClientDC dc(this); //获取客户区设备描述表 color=dc.GetPixel(x,y); if(color!=newcolor&&color!=boundarycolor) { dc.SetPixel(x,y,newcolor); boundaryfill4(x,y+1,boundarycolor,newcolor); boundaryfill4(x,y-1,boundarycolor,newcolor); boundaryfill4(x-1,y,boundarycolor,newcolor); boundaryfill4(x+1,y,boundarycolor,newcolor); } } ///////////////////////////////////////////////////////////////// /////////////// //扫描线填充算法 void CZhztchView::OnScanfill() { RedrawWindow(); CDC* pDC=GetDC(); CPen newpen(PS_SOLID,3,RGB(255,0,0)); CPen *old=pDC->SelectObject(&newpen); spt[0]=CPoint(100,100); //绘制多边形区域 spt[1]=CPoint(300,100); spt[2]=CPoint(250,250); spt[3]=CPoint(100,250); spt[4]=CPoint(150,200); spt[5]=CPoint(90,180); spt[6]=CPoint(150,150); spt[7]=CPoint(100,100); pDC->Polyline(spt,8); //pDC->SelectObject(old); //ReleaseDC(pDC); // TODO: Add your command handler code here //CDC* pDC=GetDC(); CPen newpen2(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0)); CPen *old2=pDC->SelectObject(&newpen2); int j,k,s = 0; 实验二图形的几何变换的实现算法 班级 08 信计 学号 59 姓名 _____ 分数 _____ 一、 实验目的和要求： 1、 掌握而为图形的基本几何变换，如平移，旋转，缩放，对称，错切变换；＜ 2、 掌握OpenG 冲模型变换函数，实现简单的动画技术。 3、 学习使用OpenGL 生成基本图形。 4、 巩固所学理论知识，加深对二维变换的理解，加深理解利用变换矩阵可 由简单图形得到复杂图形。加深对变换矩阵算法的理解。 编制利用旋转变换绘制齿轮的程序。编程实现变换矩阵算法，绘制给出形体 的三视图。调试程序及分析运行结果。要求每位学生独立完成该实验，并上传实 验报告。 二、 实验原理和内容： .原理： 图像的几何变换包括：图像的空间平移、比例缩放、旋转、仿射变换和图像插值。 图像几何变换的实质：改变像素的空间位置，估算新空间位置上的像素值。 图像几何变换的一般表达式：［u,v ］=［X （x, y ）,Y （x, y ）］，其中，［u,v ］为变换后图像 像素的笛卡尔坐标， ［x, y ］为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变 换后图像的像素的对应关系。 平移变换：若图像像素点（x, y ）平移到（x x 。，y ■ y 。），则变换函数为 u = X （x, y ） =x 沟， v 二丫（x, y ） = y ■ y 。，写成矩阵表达式为: 比例缩放：若图像坐标 （x,y ）缩放到（S x ，s y ）倍，则变换函数为: S x ,S y 分别为x 和y 坐标的缩放因子，其大于1表示放大, 小于1表示缩小。 旋转变换：将输入图像绕笛卡尔坐标系的原点逆时针旋转 v 角度，则变换后图像坐标为: u COST 内容： :u l :Sx k ；0 其中，x 0和y 0分别为x 和y 的坐标平移量。 其中, 课程设计报告 课程名称计算机图形学 课题名称多边形裁剪与填充 专业计算机科学与技术 班级计算机0902 学号 姓名 指导教师刘长松曹燚 2012年10 月9 日 湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称计算机图形学课题多边形裁剪与填充 专业班级计算机0902 学生姓名 学号 指导老师刘长松曹燚 审批 任务书下达日期2012年9月15 日 任务完成日期2012 年10月9 日 一、设计内容与设计要求 1．设计内容： 交互式地实现多边形的裁剪和填充。。 2．设计要求： 1）窗口功能设计。 2）实现鼠标画多边形与数据存储功能。 3）实现鼠标剪裁窗口选择功能。 4）实现多边形裁剪和填充功能。 3.算法提示： 多边形裁剪算法分析： 基本思想是一次用窗口的一条边裁剪多边形，窗口的一条边以及延长线构成裁剪线，该线把平面分成两个部分：可见一侧，不可见一侧。用一条裁剪边对多边形进行裁剪，得到一个顶点序列，作为下一条裁剪边处理过程的输入点。 对于每一条裁剪边，只是判断点在窗口的哪一测以及求线段与裁剪边的交点算法应随之改变。 多边形填充算法分析： 确定多边形所占有的最大扫描线数，得到多边形顶点的最小和最大y值（ymin 和ymax），从y=ymin 到 y=ymax, 每次用一条扫描进行填充。对一条扫描线填充的过程可分为四个步骤: a.求交b.排序c.交点配对d.区间填色。 二、进度安排 第 3 周星期一8：00——12：00 星期二8：00——12：00 星期三8：00——12：00 星期四8：00——12：00 星期五8：00——12：00 第 4 周星期一8：00——12：00 附： 课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、附件（A4大小的图纸及程序清单）、评分。正文的格式：一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。 正文的内容：一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现（至少要有一个主要模块的流程图）；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）。 正文总字数要求在5000字以上（不含程序原代码）。 实验二 直线的生成算法的实现 班级 08信计2班 学号 59 姓名 分数 一、实验目的和要求 1.理解直线生成的基本原理。 2.掌握几种常用的直线生成算法。 3.利用Visual C++实现直线生成的DDA 算法。 二、实验内容 1.了解直线的生成原理，尤其是Bresenham 画线法原理。 2.掌握几种基本的直线生成算法：DDA 画线法、Bresenham 画线法、中点画线法。 3.利用Visual C++实现直线生成的DDA 算法，在屏幕上任意生成一条直线。 三、实验步骤 1.直线的生成原理： （1）DDA 画线法也称数值微分法，是一种增量算法。是一种基于直线的微分方程来生成直线的方法。 （2）中点画线法原理 以下均假定所画直线的斜率[0,1]k ∈，如果在x 方向上的增量为1，则y 方向上的增量只能在01 之间。中点画线法的基本原理是：假设在x 坐标为p x 的各像素点中，与直线最近者已经确定为(,)p p P x y ，用小实心圆表示。那么，下一个与直线最近的像素只能是正右方的1(1,)p p P x y +，或右上方的2(1,1)p p P x y ++，用小空心圆表示。以M 为1P 和2P 的中点，则M 的坐标为(1,0.5)p p x y ++。又假设Q 是理想直线与垂直线1p x x =+的交点。显然，若M 在Q 的下方，则2P 离直线近，应取2P 为下一像素点；若M 在Q 的上方，则1P 离直线近，应取1P 为下一像素点。 （3）B resenham 画线法原理 直线的中点Bresenham 算法的原理：每次在主位移方向上走一步，另一个方向上走不走步取决于中点偏差判别式的值。 给定理想直线的起点坐标为P0（x0，y0），终点坐标为P1（x1，y1），则直线的隐函数方程为： 0b kx y y)F(x,=--= （3-1） 构造中点偏差判别式d 。 b x k y y x F y x F d i i i i M M -+-+=++==)1(5.0)5.0,1(),( 实验三多边形的有效边表填充算法 一、实验目的与要求 1、理解多边形的扫描转换原理、方法； 2、掌握有效边表填充算法； 3、掌握链表的建立、添加结点、删除节点的基本方法； 3、掌握基于链表的排序操作。 二、实验内容 在实验二所实现工程的基础上，实现以下内容并把实现函数封装在类 CMyGL 中。 1、C++实现有效边表算法进行多边形扫描转换 2、利用1进行多边形扫描转换和区域填充的实现； 三、实验原理 请同学们根据教材及上课的PPT独立完成。 四、实验步骤（程序实现）。 1、建立并选择工程项目。打开VC6.0->菜单File 的New 项,在projects 属性页选择MFC AppWizard(exe)项，在Project name 中输入一个工程名,如“Sample”。单文档。 2、新建一个图形类。选择菜单Insert New class，Class type 选择“Generic Class”，Name 输入类名，如“CMyCG。 3、向新建的图形类中添加成员函数（实际就是加入实验要求实现的图形生成算法的实现代码）。在工作区中直接鼠标右键单击，选择“Add Member Function…”项，添加绘制圆的成员函数。 void PolygonFill(int number, CPoint *p, COLORREF color, CDC* pDC) 添加其他成员函数： CreatBucket(); CreatET(); AddEdge(); EdgeOrder(); 4、成员函数的实现。实现有效边表填充算法。这一部分需要同学们去实现。 参考实现： 多边形的有效边表填充算法的基本过程为： 1、定义多边形： 2、初始化桶 3、建立边表 4、多边形填充 1)对每一条扫描线，将该扫描线上的边结点插入到临时AET表中，HeadE. 2)对临时AET表排序，按照x递增的顺序存放。 3)根据AET表中边表结点的ymax抛弃扫描完的边结点，即ymax>=scanline 4)扫描AET表，填充扫描线和多边形相交的区间。 实验三区域填充种子算法实现 实验目的： 1、熟练在Visual C＋＋中程序实现及调试的能力。 2、通过程序的设计熟练区域填充种子算法过程； 3、掌握堆栈在数据结构中的应用 实验内容： 1、visual c＋＋中菜单的修改，点的输入及鼠标函数的控制； 2、复习数据结构中堆栈的建立，入栈，出栈等函数； 3、实现整个多边形的区域填充种子算法，与扫描转换算法进行区分； 实验步骤： 预处理：多边形点列的输入，存储于数组中P[100]，种子点的输入，确定为point（x，y） 确定多边形的边界色（旧画笔色），初始色（背景色），填充色（新画笔色）； 数据结构的建立：建立堆栈，包括数组stack[100],及一个指标top，用来指向当前堆栈的最外面的栈口的元素。 步骤：1、堆栈置为空，top=0; 2、将初始的种子点point进栈，push(x,y); 3、填色堆栈非空即top>0时，一直循环下列步骤 取栈顶的元素，出栈pop(x,y)，savex=x; 从当前点开始沿当前扫描线往右检验，若有未填新色的，则填色。 然后同样往左检验。 当前扫描线俩个方向都检查完后，检验上一条扫描线y=y+1; 若有未填新色的，则把所有未填新色区间的右端点压入堆栈。 同理检验下一条扫描线y=y-2; 实验指导： 一、 在实验二的基础上进行编程 ； （1） 引入实验二代码 scanline.dsw 二、 编辑菜单资源 选中窗口左边栏的“ResourceView ”，其中的“Menu ”，双击“IDR_MAINFRAME ”，右边即为菜单，在菜单上空处双击，出项如图所示窗口，其中弹出不选中； 如上，同样创建其余菜单项。(如下表)； 三、 添加消息处理函数 由菜单的“查看”，“建立类向导”，打开ClassWizard （也可CTRL+W ）为应用程序添加与菜单项相关的消息处理函数，ClassName 栏选中CScanLineView 类，根据表建立。 输入菜单项名称，（如显示多边形） 双击，出现如下窗口 实验二 图形的几何变换的实现算法 班级 08信计 学号 59 姓名 分数 一、实验目的和要求： 1、掌握而为图形的基本几何变换，如平移，旋转，缩放，对称，错切变换；。 2、掌握OpenGL 中模型变换函数，实现简单的动画技术。 3、学习使用OpenGL 生成基本图形。 4、巩固所学理论知识，加深对二维变换的理解，加深理解利用变换矩阵可由简单图形得到复杂图形。加深对变换矩阵算法的理解。 编制利用旋转变换绘制齿轮的程序。编程实现变换矩阵算法，绘制给出形体的三视图。调试程序及分析运行结果。要求每位学生独立完成该实验，并上传实验报告。 二、实验原理和内容： . 原理: 图像的几何变换包括:图像的空间平移、比例缩放、旋转、仿射变换和图像插值。 图像几何变换的实质:改变像素的空间位置，估算新空间位置上的像素值。 图像几何变换的一般表达式：[,][(,),(,)]u v X x y Y x y = ，其中，[,]u v 为变换后图像像素的笛卡尔坐标， [,]x y 为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变换后图像的像素的对应关系。 平移变换：若图像像素点 (,)x y 平移到 00(,)x x y y ++，则变换函数为 0(,)u X x y x x ==+， 0(,)v Y x y y y ==+，写成矩阵表达式为： 00x u x y v y ??????=+???????????? 其中，x 0和y 0分别为x 和y 的坐标平移量。 比例缩放：若图像坐标 (,)x y 缩放到（ ,x y s s ）倍，则变换函数为： 00x y s u x s v y ??????=?????????? ?? 其中, ,x y s s 分别为x 和y 坐标的缩放因子，其大于1表示放大，小于1表示缩小。 旋转变换：将输入图像绕笛卡尔坐标系的原点逆时针旋转θ角度，则变换后图像坐标为： cos sin sin cos u x v y θ-θ??????=??????θθ?????? 内容： 1、对一个三角形分别实现平移，缩放旋转等变化。 扫描线种子填充算法 扫描线种子填充算法的基本过程如下：当给定种子点(x, y)时，首先分别向左和向右两个方向填充种子点所在扫描线上的位于给定区域的一个区段，同时记下这个区段的范围[xLeft, xRight]，然后确定与这一区段相连通的上、下两条扫描线上位于给定区域内的区段，并依次保存下来。反复这个过程，直到填充结束。 扫描线种子填充算法可由下列四个步骤实现： (1) 初始化一个空的栈用于存放种子点，将种子点(x, y)入栈； (2) 判断栈是否为空，如果栈为空则结束算法，否则取出栈顶元素作为当前扫描线的种子点(x, y)，y是当前的扫描线； (3) 从种子点(x, y)出发，沿当前扫描线向左、右两个方向填充，直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xLeft和xRight； (4) 分别检查与当前扫描线相邻的y - 1和y + 1两条扫描线在区间[xLeft, xRight]中的像素，从xLeft开始向xRight方向搜索，若存在非边界且未填充的像素点，则找出这些相邻的像素点中最右边的一个，并将其作为种子点压入栈中，然后返回第（2）步； 这个算法中最关键的是第（4）步，就是从当前扫描线的上一条扫描线和下一条扫描线中寻找新的种子点。如果新扫描线上实际点的区间比当前扫描线的[xLeft, xRight]区间大，而且是连续的情况下，算法的第（3）步就处理了这种情况。如图所示： 新扫描线区间增大且连续的情况 假设当前处理的扫描线是黄色点所在的第7行，则经过第3步处理后可以得到一个区间[6,10]。然后第4步操作，从相邻的第6行和第8行两条扫描线的第6列开始向右搜索，确定红色的两个点分别是第6行和第8行的种子点，于是按照顺序将（6, 10）和（8, 10）两个种子点入栈。接下来的循环会处理（8, 10）这个种子点，根据算法第3步说明，会从（8, 10）开始向左和向右填充，由于中间没有边界点，因此填充会直到遇到边界为止，所以尽管第8行实际区域比第7行的区间[6,10]大，但是仍然得到了正确的填充。 如果新扫描线上实际点的区间比当前扫描线的[xLeft, xRight]区间大，而且中间有边界点的情况，算法又是怎么处理呢？算法描述中虽然没有明确对这种情况的处理方法，但是第4步确定上、下相邻扫描线的种子点的方法，以及靠右取点的原则，实际上暗含了从相邻扫描线绕过障碍点的方法。如下图所示： 新扫描线区间增大且不连续的情况 算法第3步处理完第5行后，确定了区间[7, 9]，相邻的第4行虽然实际范围比区间[7, 9]大，但是因为被（4, 6）这个边界点阻碍，使得在确定种子点（4, 9）后向左填充只能填充右边的第7列到第10列之间的区域，而左边的第3列到第5列之间的区域没有填充。虽然作为第5行的相邻行，第一次对第4行的扫描根据靠右原则只确定了（4, 9）一个种子点。但是对第3行处理完后，第4行的左边部分作为第3行下边的相邻行，再次得到扫描的机会。第3行的区间是[3, 9]，向左跨过了第6列这个障碍点，第2次扫描第4行的时候就从第3列开始，向右找，可以确定种子点（4, 5）。这样第4行就有了两个种子点，就可以被完整地填充了。 由此可见，对于有障碍点的行，通过相邻边的关系，可以跨越障碍点，通过多次扫描得到完整的填充，算法已经隐含了对这种情况的处理。扫描线种子填充算法的实现如下： 《计算机图形学实验报告》样例 实验名称：圆周画法的实现 1.实验内容 1.画出圆心坐标为(75,90)和半径为50的红色圆周 2.画出圆心坐标为(‐40,‐80)和半径为60的蓝色圆周 2.程序的基本思路和功能 先用MFC构建界面外观，然后在相应位置分别用Bresenham和DDA编辑画圆的程序然后编译运行。 3.关键代码及说明 void Circle::circleMinPoint(CDC* pDC) { xCenter = (float)(400 + x); yCenter = (float)(300 - y); //绘制圆心 drawCenter(pDC); //r = 50; //设置颜色 color = RGB(red,green,blue); float m_x = 0; float m_y = r; float d = 1.25 - r; circlePoint(m_x,m_y,pDC); while(m_x <= m_y){ if(d<=0){ d = d + 2 * m_x + 3; }else{ d = d + 2 * ( m_x - m_y ) + 5; m_y = m_y - 1; } m_x = m_x + 1; circlePoint(m_x,m_y,pDC); } } void Circle::circleBresenham(CDC* pDC) { //确认圆心坐标 xCenter = (float)(400 + x); yCenter = (float)(300 - y); //绘制圆心 drawCenter(pDC); //r = 50; //设置颜色 color = RGB(red,green,blue); float m_x = 0; float m_y = r; 计算机图形学图形的几何变换的实现算 法 实验二 图形的几何变换的实现算法 班级 08信计 学号 59 姓名 分数 一、实验目的和要求： 1、掌握而为图形的基本几何变换，如平移，旋转，缩放，对称，错切变换；。 2、掌握OpenGL 中模型变换函数，实现简单的动画技术。 3、学习使用OpenGL 生成基本图形。 4、巩固所学理论知识，加深对二维变换的理解，加深理解利用变换矩阵可由简单图形得到复杂图形。加深对变换矩阵算法的理解。 编制利用旋转变换绘制齿轮的程序。编程实现变换矩阵算法，绘制给出形体的三视图。调试程序及分析运行结果。要求每位学生独立完成该实验，并上传实验报告。 二、实验原理和内容： . 原理: 图像的几何变换包括:图像的空间平移、比例缩放、旋转、仿射变换和图像插值。 图像几何变换的实质:改变像素的空间位置，估算新空间位置上的像素值。 图像几何变换的一般表达式：[,][(,),(,)]u v X x y Y x y = ，其中，[,]u v 为变换后图像像素的笛卡尔坐标， [,]x y 为原始图像中像素的笛卡尔坐标。这样就得到了原始图像与变换后图像的像素的对应关系。 平移变换：若图像像素点 (,)x y 平移到 00(,)x x y y ++，则变换函数为 0(,)u X x y x x ==+， 0(,)v Y x y y y ==+，写成矩阵表达式为： 00x u x y v y ??????=+???????????? 其中，x 0和y 0分别为x 和y 的坐标平移量。 比例缩放：若图像坐标 (,)x y 缩放到（ ,x y s s ）倍，则变换函数为： 实验报告 一、实验目的 1、掌握有序边表算法填充多边形区域； 2、理解多边形填充算法的意义； 3、增强C语言编程能力。 二、算法原理介绍 根据多边形内部点的连续性知：一条扫描线与多边形的交点中，入点和出点之间所有点都是多边形的内部点。所以，对所有的扫描线填充入点到出点之间所有的点就可填充多边形。 判断扫描线上的点是否在多边形之内，对于一条扫描线，多边形的扫描转换过程可以分为四个步骤： （1）求交：计算扫描线与多边形各边的交点； （2）排序：把所有交点按x值递增顺序排序； （3）配对：第一个与第二个，第三个与第四个等等；每对交点代表扫描线与多边形的一个相交区间; （4）着色：把相交区间内的象素置成多边形颜色，把相交区间外的象素置成背景色。 p1,p3,p4,p5属于局部极值点，要把他们两次存入交点表中。如扫描线y=7上的交点中，有交点(2,7,13)，按常规方法填充不正确，而要把顶点(7,7)两次存入交点表中(2,7,7,13)。p2，p6为非极值点，则不用如上处理。 为了提高效率，在处理一条扫描线时，仅对与它相交的多边形的边进行求交运算。把与当前扫描线相交的边称为活性边，并把它们按与扫描线交点x坐标递增的顺序存放在一个链表中，称此链表为活性边表(AET)。 对每一条扫描线都建立一个与它相交的多边形的活性边表（AET）。每个AET的一个节点代表一条活性边，它包含三项内容 1.x -当前扫描线与这条边交点的x坐标； 2.Δx -该边与当前扫描线交点到下一条扫描线交点的x增量； 3.ymax -该边最高顶点相交的扫描线号。 每条扫描线的活性边表中的活性边节点按照各活性边与扫描线交点的x值递增排序连接在一起。 当扫描线y移动到下一条扫描线y = y+1时，活性边表需要更新，即删去不与新扫描线相交的多边形边，同时增加与新扫描线相交的多边形边，并根据增量法重新计算扫描线与各边的交点x。 当多边形新边表ET构成后，按下列步骤进行： ①对每一条扫描线i，初始化ET表的表头指针ET[i]； ②将ymax = i的边放入ET[i]中； ③使y =多边形最低的扫描线号； ④初始化活性边表AET为空； ⑤循环，直到AET和ET为空。 ●将新边表ET中对应y值的新边节点插入到AET表。 ●遍历AET表，将两两配对的交点之间填充给定颜色值。 ●遍历AET表，将 ymax= y的边节点从AET表中删除，并将ymax> y的各边节点 的x值递增Δx；并重新排序。 ●y增加1。 三、程序源代码 #include "graphics.h" #define WINDOW_HEIGHT 480 #define NULL 0 #include "alloc.h" #include "stdio.h" #include "dos.h" #include "conio.h" typedef struct tEdge /*typedef是将结构定义成数据类型*/ { int ymax; /* 边所交的最高扫描线号 */ 《计算机图形学实验》报告 2016年春季学期 实验四:种子点填充算法Seed Filling 实验时间：2016年9月底 实验地点： 实验目的：掌握使用opengl 的种子点填充算法，观察改变参数对生成图形的改变(改变点的位置、 颜色等) 如果要填充的区域是以图像元数据方式给出的，通常使 用种子填充算法进行区域填充。种子填充算法的核心是 一个递归算法，都是从指定的种子点开始，向各个方向 上搜索，逐个像素进行处理，直到遇到边界。种子填充算法常用四连通域和八连通域技术进行填充操作。 从区域内任意一点出发，通过上、下、左、右四个方向到达区域内的任意像素。用这种方法填充的区域就称为四连通域；这种填充方法称为四向连通算法。 从区域内任意一点出发，通过上、下、左、右、左上、左下、右上和右下八个方向到达区域内的任意像素。用这种方法填充的区域就称为八连通域；这种填充方法称为八向连通算法。 算法的优点是非常简单，缺点是需要大量栈空间来存储相邻的点。 程序代码： 使用的运行环境是vc++6.0 #include 2.1.1 生成直线的DDA算法 数值微分法即DDA法(Digital Differential Analyzer)，是一种基于直线的微分方程来生成直线的方法。 一、直线DDA算法描述： 设(x1，y1)和(x2，y2)分别为所求直线的起点和终点坐标，由直线的微分方程得 可通过计算由x方向的增量△x引起y的改变来生成直线： 也可通过计算由y方向的增量△y引起x的改变来生成直线： 式(2－2)至(2－5)是递推的。 二、直线DDA算法思想： 选定x2－x1和y2－y1中较大者作为步进方向(假设x2－x1较大)，取该方向上的增量为一个象素单位(△x=1)，然后利用式(2－1)计算另一个方向的增量(△y=△x·m=m)。通过递推公式(2－2)至(2－5)，把每次计算出的(x i+1，y i+1)经取整后送到显示器输出，则得到扫描转换后的直线。 之所以取x2－x1和y2－y1中较大者作为步进方向，是考虑沿着线段分布的象素应均匀，这在下图中可看出。 另外，算法实现中还应注意直线的生成方向，以决定Δx及Δy是取正值还是负值。 三、直线DDA算法实现： 1、已知直线的两端点坐标：(x1，y1)，(x2，y2) 2、已知画线的颜色：color 3、计算两个方向的变化量：dx=x2－x1 dy=y2－y1 4、求出两个方向最大变化量的绝对值： steps=max(|dx|，|dy|) 5、计算两个方向的增量(考虑了生成方向)： xin=dx/steps yin=dy/steps 6、设置初始象素坐标：x=x1,y=y1 7、用循环实现直线的绘制： for(i=1；i<=steps；i++) { putpixel(x，y，color)；/*在(x，y)处，以color色画点*/ x=x+xin； y=y+yin； } 五、直线DDA算法特点： 该算法简单，实现容易，但由于在循环中涉及实型数的运算，因此生成直线的速度较慢。 //@brief 浮点数转整数的宏 实现代码 #define FloatToInteger(fNum) ((fNum>0)?static_cast 多边形的偏移填充算法 多边形偏移（polygon offset）算法可能我们印象不深，不过用过autoCAD的同学也印象autoCAD 上面也还是有这个功能的。我们可以用autoCAD上的“正多边形”功能画一个多边形，然后用修改工具中“偏移”按钮，对多边形进行偏移，见图1，从外面的一个大的5边形按照边偏移至里面小的5边形，其中相应边偏移的距离定义为offset值。 图1 AutoCAD中的多边形偏移效果图 当然，这只是简单的情况，复杂的情况可能是有多个多边形，其中1个outer多边形，多个inner 多边形，然后offset的时候应该是outer多边形向内offset，inner多边形向外offset。当一个多边形（特别是凹多边形）初步offset时，可能会发生自交；然后多边形之间也可能会发生相交。大概思路：这里就需要首先将自交的多边形分裂出来，并选择正确的多边形；然后将选择出来的多边形进行求交计算，再一次将有相交的多边形合并分裂出来，并且选择正确的多边形，这个时候得到的全部多边形就是一次offset出来的结果。 1、为了保证outer多边形能向内offset，inner多边形能向外offset，这里需要保证outer多边形是逆时针方向旋转的，inner多边形是顺时针方向旋转的。 1.1 这里就稍稍讲下多边形的顺逆判断。 在多边形是简单多边形的前提下，其实还是挺简单的，只要找出多边形左下角的一个顶点，然后判断与这个顶点相连的两条边的叉积是否大于0就行了；如果多边形不是简单多边形，比如有自相交，有顶点夹角为0的情况等等，这个时候多边形就不应该有顺逆这种属性吧 2、对单个多边形，根据角平分线初步偏移得到角点 对于一个角点，可以设这个顶点为curPoint，相连的前一个点为prePoint，下一个点为nexPoint，于是可以得到两个向量a = prePoint – curPoint，b=nexPoint – curPoint。将向量a和b设置为单位向量之后，相加就能得到角平分线的方向向量c。然后对单位向量a和b做点乘和叉乘，就能得到这个角度的cos和sin值了，我们假设这个角度的一般为Θ，则cos=cos2Θ，sin=sin2Θ。根据三角函数，就能得到sinΘ值，之后将就能得到该顶点的角平分线方向的偏移向量d=c/|c|×offset÷sinΘ。 3、考虑到有些边在偏移的过程中会消失，即一些边有退化的offset值，见图3。如果初步偏移的值大于它的退化offset值，则该边就会反向出现，见图3中的边【4,5】，会给后面的程序带来很大的麻烦。 图2 计算机图形学报告 前言 计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。 其从狭义上是来说是一种研究基于物理定律、经验方法以及认知原理，使用各种数学算法处理二维或三维图形数据，生成可视数据表现的科学。广义上来看，计算机图形学不仅包含了从三维图形建模、绘制到动画的过程，同时也包括了对二维矢量图形以及图像视频融合处理的研究。由于计算机图形学在许多领域的成功运用，特别是在迅猛发展的动漫产业中，带来了可观的经济效益。另一方面，由于这些领域应用的推动，也给计算机图形学的发展提供了新的发展机遇与挑战。 计算机图形学的发展趋势包括以下几个方面： 1、与图形硬件的发展紧密结合，突破实时高真实感、高分辨率渲染的技术难点； 2、研究和谐自然的三维模型建模方法； 3、利用日益增长的计算性能，实现具有高度物理真实的动态仿真； 4、研究多种高精度数据获取与处理技术，增强图形技术的表现； 5、计算机图形学与图像视频处理技术的结合； 6、从追求绝对的真实感向追求与强调图形的表意性转变。 1、三维物体的表示 计算机图形学的核心技术之一就是三维造型三维物体种类繁多、千变万化，如树、花、云、石、水、砖、木板、橡胶、纸、大理石、钢、玻璃、塑料和布等等。因此，不存在描述具有上述各种不同物质所有特征的统一方法。为了用计算机生成景物的真实感图形，就需要研究能精确描述物体特征的表示方法。根据三维物体的特征，可将三维物体分为规则物体和非规则物体两类。 三维实体表示方法通常分为两大类：边界表示和空间分割表示，尽管并非所有的表示都能完全属于这两类范畴中的某一类。边界表示（B-reps）用一组曲面来描述三维物体，这些曲面将物体分为内部和外部。边界表示的典型例子是多边形平面片和样条曲面。空间分割表示（Space-Partitioning）用来描述物体内部性质，将包含一物体的空间区域分割为一组小的、非重叠的、连续实体（通常是立方体）。三维物体的一般空间分割描述是八叉树表示。本章主要介绍三维物体的各种表示方法及其特点。 实验2：多边形区域扫描线填充或种子填充 一、实验目的 1.通过实验，进一步理解和掌握几种常用多边形填充算法的基本原理 2.掌握多边形区域填充算法的基本过程 3.掌握在C/C++环境下用多边形填充算法编程实现指定多边形的填充。 二、实验内容 用种子填充算法和扫描线填充算法等任意两种算法实现指定多边形的区域填充。 三、实验原理 种子填充算法又称为边界填充算法。其基本思想是：从多边形区域的一个内点开始，由内向外用给定的颜色画点直到边界为止。如果边界是以一种颜色指定的，则种子填充算法可逐个像素地处理直到遇到边界颜色为止。种子填充算法常用四连通域和八连通域技术进行填充操作。 四向连通填充算法： a）种子像素压入栈中； b）如果栈为空，则转e)；否则转c)； c）弹出一个像素，并将该像素置成填充色；并判断该像素相邻的四连通像素是否为边界色或已经置成多边形的填充色，若不是，则将该像素压入栈； d）转b）； e）结束。 扫描线填充算法的基本过程如下：当给定种子点(x,y)时，首先填充种子点所在扫描线上的位于给定区域的一个区段，然后确定与这一区段相连通的上、下两条扫描线上位于给定区域内的区段，并依次保存下来。反复这个过程，直到填充结束。 区域填充的扫描线算法可由下列四个步骤实现： (1)初始化：堆栈置空。将种子点(x,y)入栈。 (2)出栈：若栈空则结束。否则取栈顶元素(x,y)，以y作为当前扫描线。 (3)填充并确定种子点所在区段：从种子点(x,y)出发，沿当前扫描线向左、右两个方向填充，直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xl和xr。 (4)并确定新的种子点：在区间[xl，xr]中检查与当前扫描线y上、下相邻的两条扫描线上的象素。若存在非边界、未填充的象素，则把每一区间的最右象素作为种子点压入堆栈，返回第（2）步。 四、实验步骤 1.复习有关算法，明确实验目的和要求； 2.依据算法思想，绘制程序流程图（指定填充多边形）； 3.设计程序界面，要求操作方便； 4.用C/C++语言编写源程序并调试、执行（最好能用动画显示填充过程）； 5.分析实验结果 6.对程序设计过程中出现的问题进行分析与总结； 7.打印源程序或把源程序以文件的形式提交； 8.按格式要求完成实验报告。 五、实验结果及分析 种子填充算法的优点是非常简单，缺点是需要大量栈空间来存储相邻的点。扫描线填充算法就是它的改进的方法。它是通过沿扫描线填充水平像素段，来处理四连通或八连通相邻点，这样就仅仅只需要将每个水平像素段的起始位置压入栈，而不需要将当前位置周围尚未处理的相邻像素都压入栈，从而可以节省大量的栈空间。 六、实验结果多边形区域填充算法
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