计算机图形学边缘填充算法

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以扫描线为中心的边缘填充算法
基本思想:对于每一条扫描线和每条多边形边的交 点(x1,y1),将该扫描线上交点右方的所 有象素取补.对多边形的每条边做此处理, 多边形的顺序随意.
以扫描线为中心的边缘填充算法
将当前扫描线上的所有象素着上指定颜色的补色
x3
x0 x1
x2
(a )从x0向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
(x0,y0)
MN个像素定义的图案
Absolute anchor
To consider the entire screen as being tiled with the pattern and to think of the primitive as consisting of an outline or filled area of transparent bits that let the pattern show through value[x][y]=pattern[x%M][y%n]
扫描线种子填充算法流程（2）
•考虑到区域可以是凹的或有内环 的，所以可能在该扫描线上出现 多个填充区间，亦即需定义多个 种子。 •同样考虑到凹或有孔的区域，需 对扫描线y-1进行同样的处理，获 得新的种子。
y+1 y
扫描线种子填充算法的改进思路
算法中的回溯过程并非总是必要的。
无需进行填充回溯
需要进行填充回溯
栅栏填充算法
将当前扫描线上的所有象素着上指定颜色的补色
x3
x0 x1
x2
(a)从x0向左求余
栅栏填充算法
x3
x0 x1
x2
(a)从x1向左求余
栅栏填充算法
将当前扫描线上的所有象素着上指定颜色的补色
x3
x0 x1
x2
(a)从x2向左求余
栅栏填充算法
将当前扫描线上的所有象素着上指定颜色的补色
x3
x0 x1
x2
(a)从x3向右求余
边标志算法
边标志算法进一步改进了栅栏算法,使得算法 对每个象素仅访问一次. 边标志算法分两步进行: 对多边形边界上的象素打上边标志; ; 填充.
Filling Ellipse Arcs
扫描线算法：对每条扫描线，首先 计算它与扇形区域边界的交点，再把配 对交点之间的像素用指定颜色填充。
An example: Writing a patterned object in opaque mode
with two transparent writes
(b) Outline of (a) Mountain
scene
house icon
(c) Brick pattern
(d)
(e)
(f)
wenku.baidu.com
(g)
扫描线种子填充算法流程（1）
初始化：由指定的种子象素点(x,y)生成种子(y,xl,xr),填 充并入栈。
(xl,xr分别为种子点所在扫描线上多边形内部区间的左、右端点)
第一步：若种子栈空则算法终止，否则栈顶种子出栈 第 二 步：确定 新种子 ： 分别确 定 y+1,y-1扫 描线 上与 (y,xl,xr)连通的区间；填充新区间并将新种子压入堆栈 第三步：上述过程循环执行。
Pattern filling
用图象(pattern)填充区域
Definition of the pattern:
M X N bitmaps pattern[i][j]: the value of the position (i,j)
Two issues
the relation of the area of the pattern to that of the primitive
Pixels are duplicated in column for lines with –1<slope<1 Pixels are duplicated in rows for all other lines
Thick line drawn by column replication
Replicating Pixels(2)
线画图元的属性控制
Thick primitives 在产生一定宽度的线条时,只需用一个“刷 子”来替代单象素直线段中扫描生成的单象素即 可.
Replicating pixels(1) (线刷子)
Using more than 1 pixel for each column (or row) during scan conversion
x3
x0 x1
x2
(a)从x1向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(b)从x1向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(c )从x2向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(c )从x2向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(d)从x3向右求余
递归填充算法
初始化：种子象素入栈 第一步：栈顶象素出栈，作为种子点； 第二步：种子点被置为填充色； 第三步：按照上、下、左、右顺序检查 与种子点相邻的象素：若非边界且未被 填充，则入栈（8向连通区域需考虑更 多相邻象素）。 若栈不空，则重复第一步。
Algorithm
void FloodFill4(int x, int y, int oldColor, int newColor)
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(d)从x3向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(d )从x3向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
将当前扫描线上的所有象素着上指定颜色的补色
x3
x0 x1
x2
(a )从x0向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
将当前扫描线上的所有象素着上指定颜色的补色
(d) Bitmap for solid version of house icon. (e) Clearing the scene by writing background (f) Brick pattern applied to house icon (g) Writing the screen transparently with patterned house icon
Example：
5 4 6 7 9 8 10 11
3 2
12 13 14 16 15 17 18 20 19
•1 21 22
(2)扫描线算法
算法: (1)填充并确定种子点所在的区段； (2)将种子区段压栈; (3)若堆栈非空,栈顶区段出栈;否则算法 结束; (4)填充并确定新的区段, 将其区段信息 压栈.
• Relative anchor • Absolute anchor
write mode
• Transparent • Opaque
Relative anchor
To anchor the pattern at a vertex of the primitive: (x0,y0) value[x][y]=pattern[(x-x0)%M][(y-y0)%N]
区域连通性（ ） 区域连通性（3）
允许从4个方向搜索下一个象 素的填充算法称为是四向填 充算法
允许从8个方向搜索下一个象 素的填充算法称为是8向填充 算法
(1)递归算法
算法思想：
设G为一内点表示的区域，(x,y)是G内一点，以(x,y)为 种子点，先将(x,y)置为newcolor，然后对(x,y)的4(或 8)领域进行递归处理，逐步将整个区域G置为newcolor.
区域连通性（ ） 区域连通性（1）
要求: 区域具有一定的连通性:4连通或8连通
4连通区域:取区域内任意两点,在该区域内(不能 通过区域外的点),若从其中一点出发,通过上、 下、左、右 四种运动可到达另一点时,则称该 区域为4连通区域.
区域连通性（ ） 区域连通性（2）
4连通运动方向
8连通运动方向
(x,y)
MN个像素定义的图案
write mode
Filling with a pattern:
Adding extra control to the part of the scan-conversion algorithm that actually writes each pixel
Write mode
原理:假设直线斜率在[-1,+1]之间,如图(a)所示.这时可把 刷子置成垂直方向图(b).首先将刷子的中点对准直线的 一个端点,从该点开始,让刷子中点沿直线的轨迹往直线 的另一端点平移即可“刷出”具有一定宽度的直线.如图 (c).
m2
m1
h
(a) (b)
hh h hh h hh h hh h
以边为中心的边缘填充算法
对非水平边上的每个象素点向右求余
以边为中心的边缘填充算法
以边为中心的边缘填充算法
以边为中心的边缘填充算法
边缘填充算法特点
该算法的优点是简单,缺点是对复杂图形,每一象 素可能被访问多次,输入输出的量比较大.
栅栏填充算法
基本思想:对于每个扫描线与多边形边的交 点,仅将交点与栅栏之间的象素取补.
x3
x0 x1
x2
(a )从x0向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(b)从x1向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(b)从x1向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(c)从x2向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x0 x1
x2
(c)从x2向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x2
x0
x1
(d )从x3向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
x3
x2
x0
x1
(d )从x3向右求余
以扫描线为中心的边缘填充算法
对各条扫描线循环上述处理过程。
以边为中心的边缘填充算法
原始多边形
以边为中心的边缘填充算法
初始化：将绘图窗口的背景色置为多边形颜色的补色
边缘填充算法
思路：利用求余运算代替交点排序、配对、构 造填充区间。 原理：象素点颜色值经过偶数次求余运算后保 持不变，经过奇数次求余运算后变为其余数 算法：
1. 2.
以扫描线为中心的边缘填充算法 以边为中心的边缘填充算法
边缘填充算法
基本思想:对于每一条扫描线和每条多边形边的交点 (x1,y1),将该扫描线上交点右方的所有象素取补. 对多边形的每条边做此处理,多边形的顺序随意. 该算法的优点是简单,缺点是对复杂图形,每一象素 可能被访问多次,输入输出的量比较大. , .
区域填充(种子填充算法)
区域（种子）填充是指先将区域内的一点 (种子点)赋予给定颜色,然后将颜色扩充到整个 区域内的过程(染色过程). 区域:已经表示成点阵形式的象素集合,具有相 同颜色.
区域的表示
区域的两种表示:内点表示、边界表示. 边界表示:给位于边界上的所有象素着色,而区 域内不着色. 内点表示:给区域内所有象素都着上同一种颜色 (特征值),边界上pixel不着色.
Doing PutPixel with foreground color at a pixel for a 1 in the pattern In transparent mode: 若为0，则不改变屏幕上该象素的颜色（不做任何处理）； In opaque mode 若为0，则用背景色显示该象素
Pattern filling without repeated scan conversion Rectangle write
To scan convert a primitive first into a rectangular work area, and then to write each pixel from that bitmap to the appropriate place in the canvas. Twice as much work as filling during scan conversion Be suitable to characters, icons and application symbols
{if (GetPixel(x,y)==oldColor) { PutPixel(x,y,newColor); FloodFill4(x,y+1,oldColor,newColor); FloodFill4(x,y-1,oldColor,newColor); FloodFill4(x-1,y,oldColor,newColor); FloodFill4(x+1,y,oldColor,newColor); } }