计算机图形学-实验五 直线和多边形的裁剪

大学实验报告学院：计算机科学与信息学院专业：软件工程班级：102班学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称实验五直线和多边形的裁剪实验目的掌握直线段的裁剪算法以及多边形的裁剪算法实验要求熟练掌握直线段的裁剪算法以及多边形的裁剪算法的基本原理，并编写测试代码进行实验。

实验原理Cohen-Sutherland直线剪裁算法以区域编码为基础，将窗口及其周围的，8个方向以4 bit的二进制数进行编码。

右图所示的编码方法将窗口及其邻域分为5个区域：⑴域：区域(0000)。

⑵上域：区域(1001, 1000, 1010)。

⑶下域：区域(0101, 0100, 0110)。

⑷左域：区域(1001, 0001, 0101)。

⑸右域：区域(1010, 0010, 0110)。

当线段的两个端点的编码的逻辑“与”非零时，线段为显然不可见的，对某线段的两个端点的区号进行位与运算，可知这两个端点是否同在视区的上、下、左、右；Cohen-Sutherland直线剪裁算法的算法思想是：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while (code1 != 0 || code2 != 0) {if ((code1 & code2) != 0) {// 两端点的编码相与不为0，表示直线在窗口外return;}if (code1 != 0) {code = code1;} else {code = code2;}if ((LEFT & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的左边编码相与！=0 x = XL;y = y1 + (y2 - y1) * (XL - x1) / (x2 - x1);// 求直线与矩形窗口的左边界的交点} else if ((RIGHT & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的右边编码相与！=0x = XR;y = y1 + (y2 - y1) * (XR - x1) / (x2 - x1);// 求直线与矩形窗口的右边界的交点} else if ((BOTTOM & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的下边编码相与！=0y = YB;x = x1 + (x2 - x1) * (YB - y1) / (y2 - y1);// 求直线与矩形窗口的下边界的交点} else if ((TOP & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的上边编码相与！=0y = YT;x = x1 + (x2 - x1) * (YT - y1) / (y2 - y1);// 直线的端点与矩形窗口的上// 边编码相与！=0}if (code == code1) {x1 = x;y1 = y;code1 = encode(x, y);} else {x2 = x;y2 = y;code2 = encode(x, y);}}g.drawLine((int) (x1 + 0.5), (int) (y1 + 0.5), (int) (x2 + 0.5),(int) (y2 + 0.5));}二、多边形裁剪的核心代码为：通过点集画直线或者多边形：private void draw() {//通过点集画直线或者多边形for (int i = 1; i < points.size(); i++) {Point p1 = new Point();p1 = points.get(i);int x1 = (int) p1.getX();int y1 = (int) p1.getY();Point p2 = new Point();p2 = points.get(i - 1);int x2 = (int) p2.getX();int y2 = (int) p2.getY();g.drawLine(x1, y1, x2, y2);}}多边形的裁剪函数：private Point[] cutPicture(Point[] point, Point[] edge) {// 剪裁函数，参数为（点集，边）Point[] intersectPoint = new Point[20];//存放交点的集合for (int j = 0; j < 20; j++) {intersectPoint[j] = new Point();}Point s = new Point();Point p = new Point();Point t = new Point();int i = 0;int length = point.length;s = point[length - 1];for (int j = 0; j < length; j++) {p = point[j];if (inside(p, edge)) {// sp在窗口，情况1if (inside(s, edge)) {intersectPoint[i] = p;i += 1;} else {// s在窗口外，情况4t = intersect(s, p, edge);intersectPoint[i] = t;i += 1;intersectPoint[i] = p;i += 1;}} else if (inside(s, edge)) {// s在窗口，p在窗口外，情况3t = intersect(s, p, edge);intersectPoint[i] = t;i += 1;}// 情况2没有输出s = p;}List<Point> tempList = new ArrayList<Point>();for (int k = 0; k < i; k++) {if (intersectPoint[k] != null) {Point pt = intersectPoint[k];tempList.add(pt);}}Point[] temp = new Point[tempList.size()];for (int j = 0; j < tempList.size(); j++) {temp[j] = new Point();temp[j] = tempList.get(j);}intersectPoint = temp;return intersectPoint;}判断点是否在裁剪边的可见侧：private boolean inside(Point point, Point[] edge) {//判断点是否在裁剪边的可见侧// 裁剪边为窗口下边if ((edge[0].y == edge[1].y) && (edge[0].x < edge[1].x)) {if (point.y >= edge[0].y) {return true;}}// 裁剪边为窗口上边if ((edge[0].y == edge[1].y) && (edge[0].x > edge[1].x)) {if (point.y <= edge[0].y) {return true;}}// 裁剪边为窗口右边if ((edge[0].x == edge[1].x) && (edge[0].y < edge[1].y)) {if (point.x <= edge[0].x) {return true;}}// 裁剪边为窗口左边if ((edge[0].x == edge[1].x) && (edge[0].y > edge[1].y)) {if (point.x >= edge[0].x) {return true;}}return false;}直线段与窗口边界求交：private Point intersect(Point s, Point p, Point[] edge) {//直线段与窗口边界求交，并返回交点Point t = new Point();if (edge[0].y == edge[1].y) {// 水平裁剪边t.y = edge[0].y;t.x = s.x + (edge[0].y - s.y) * (p.x - s.x) / (p.y - s.y);} else if (edge[0].x == edge[1].x) {// 垂直裁剪边t.x = edge[0].x;t.y = s.y + (edge[0].x - s.x) * (p.y - s.y) / (p.x - s.x);}return t;}鼠标的监听类（部类）：class MouseMonitor extends MouseAdapter {//通过鼠标的单击获取点，并画出直线或者多边形public void mouseClicked(MouseEvent e) {points.add(e.getPoint());if (points.size() > 1) {draw();}}}键盘的监听类（部类）：class KeyMonitor extends KeyAdapter {// 键盘控制public void keyPressed(KeyEvent e) {switch (e.getKeyCode()) {case KeyEvent.VK_R:// 清空画布和点集panel.repaint();points.removeAll(points);break;case KeyEvent.VK_W://对裁剪窗口的处理g.setColor(Color.RED);g.drawRect(XL, YB, XR - XL, YT - YB);//存放裁剪窗口的边top = new Point[2];// 存放裁剪窗口的上边top[0] = new Point(XL, YB);top[1] = new Point(XR, YB);right = new Point[2];//存放裁剪窗口的右边right[0] = new Point(XR, YB);right[1] = new Point(XR, YT);bottom = new Point[2];//存放裁剪窗口的下边bottom[0] = new Point(XR, YT);bottom[1] = new Point(XL, YT);left = new Point[2];//存放裁剪窗口的左边left[0] = new Point(XL, YT);left[1] = new Point(XL, YB);break;case KeyEvent.VK_A://对直线段进行裁剪g.setColor(Color.GREEN);Point p1 = points.get(0);Point p2 = points.get(1);lineCut(p1.getX(), p1.getY(), p2.getX(), p2.getY());break;case KeyEvent.VK_B://对多边形进行裁剪source = new Point[points.size()];//得到多边形的点for (int i = 0; i < points.size(); i++) {source[i] = points.get(i);}g.setColor(Color.GREEN);wT = cutPicture(source, top);//得到多边形与裁剪窗口上边的交点wR = cutPicture(wT, right);//得到多边形与裁剪窗口右边的交点wB = cutPicture(wR, bottom);//得到多边形与裁剪窗口下边的交点wL = cutPicture(wB, left);//得到多边形与裁剪窗口左边的交点第二种情况：线段在裁剪窗口的部，线段完全可见。