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opengl實(shí)現(xiàn)直線掃描算法和區(qū)域填充算法

 更新時(shí)間:2020年04月20日 14:28:04   作者:process-z.com  
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了opengl實(shí)現(xiàn)直線掃描算法和區(qū)域填充算法,文中示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

本文實(shí)例為大家分享了opengl實(shí)現(xiàn)直線掃描算法和區(qū)域填充算法,供大家參考,具體內(nèi)容如下

總體介紹

1、采用直線掃描算法繪制一條線段,直線由離散點(diǎn)組成

2、利用區(qū)域填充算法繪制多邊形區(qū)域,區(qū)域由離散點(diǎn)組成

開(kāi)發(fā)環(huán)境VS2012+OpenGL

開(kāi)發(fā)平臺(tái) Intel core i5,Intel HD Graphics Family

設(shè)計(jì)思路

一、直線掃描算法

1、數(shù)值微分法(DDA)

已知過(guò)端點(diǎn)P0 (x0, y0), P1(x1, y1)的直線段L:y = kx + b,容易得知直線斜率為:k = (y1-y0)/(x1-x0),(假設(shè)x1≠x0)。

我們假設(shè)|k|≤1,這樣x每增加1,y將增加k,并且保證x每增加1,y的增量不能大于1;如果|k| > 1,則應(yīng)該將x和y互換。由于k是浮點(diǎn)數(shù),因此算法中需要將y舍入為int型,并圓整到最接近的位置。

DDA算法在每次迭代中的x, y值是上一步的值加上一個(gè)增量獲得的,因此它是一個(gè)增量算法。但是這種方法直觀,但效率太低,因?yàn)槊恳徊叫枰淮胃↑c(diǎn)乘法和一次舍入運(yùn)算。

2、中點(diǎn)畫(huà)線法

在直線斜率在0~1直接的情況下,設(shè)當(dāng)前像素點(diǎn)為(x,y),那么它的下一個(gè)像素點(diǎn)就是p1(x+1,y)或者p2(x+1,y+1),若稱p1和p2的中點(diǎn)M(px+1,y+0.5),Q為理想直線與x+1垂線的交點(diǎn),當(dāng)Q在M的下方時(shí),p1即為下一個(gè)像素點(diǎn),否則p2即為下一個(gè)像素點(diǎn)。

3、Bresenham算法

過(guò)各行各列象素中心構(gòu)造一組虛擬網(wǎng)格線。按直線從起點(diǎn)到終點(diǎn)的順序計(jì)算直線與各垂直網(wǎng)格線的交點(diǎn),然后確定該列象素中與此交點(diǎn)最近的象素。該算法的巧妙之處在于采用增量計(jì)算,使得對(duì)于每一列,只要檢查一個(gè)誤差項(xiàng)的符號(hào),就可以確定該列的所求象素。

如圖所示,設(shè)直線方程為yi+1=yi+k(xi+1-xi)+k。假設(shè)列坐標(biāo)象素已經(jīng)確定為xi,其行坐標(biāo)為yi。那么下一個(gè)象素的列坐標(biāo)為xi+1,而行坐標(biāo)要么為yi,要么遞增1為yi+1。是否增1取決于誤差項(xiàng)d的值。誤差項(xiàng)d的初值d0=0,x坐標(biāo)每增加1,d的值相應(yīng)遞增直線的斜率值k,即d=d+k。一旦  d≥1,就把它減去1,這樣保證d在0、1之間。當(dāng)d≥0.5時(shí),直線與垂線x=xi+1交點(diǎn)最接近于當(dāng)前象素(xi,yi)的右上方象素(xi+1,yi+1);而當(dāng)d<0.5時(shí),更接近于右方象素(xi+1,yi)。為方便計(jì)算,令e=d-0.5,e的初值為-0.5,增量為k。當(dāng)e≥0時(shí),取當(dāng)前象素(xi,yi)的右上方象素(xi+1,yi+1);而當(dāng)e<0時(shí),取(xi,yi)右方象素(xi+1,yi)。

二、區(qū)域填充算法

1、遞歸算法

從指定的種子點(diǎn)開(kāi)始,向各個(gè)方向上搜索,逐個(gè)像素進(jìn)行處理,直到遇到邊界,各種種子填充算法只是在處理顏色和邊界的方式上有所不同。

2、掃描線算法

掃描線種子填充算法的基本過(guò)程如下:當(dāng)給定種子點(diǎn)(x, y)時(shí),首先分別向左和向右兩個(gè)方向填充種子點(diǎn)所在掃描線上的位于給定區(qū)域的一個(gè)區(qū)段,同時(shí)記下這個(gè)區(qū)段的范圍[xLeft, xRight],然后確定與這一區(qū)段相連通的上、下兩條掃描線上位于給定區(qū)域內(nèi)的區(qū)段,并依次保存下來(lái)。反復(fù)這個(gè)過(guò)程,直到填充結(jié)束。

掃描線種子填充算法可由下列四個(gè)步驟實(shí)現(xiàn):

(1) 初始化一個(gè)空的棧用于存放種子點(diǎn),將種子點(diǎn)(x, y)入棧;

(2) 判斷棧是否為空,如果棧為空則結(jié)束算法,否則取出棧頂元素作為當(dāng)前掃描線的種子點(diǎn)(x, y),y是當(dāng)前的掃描線;

(3) 從種子點(diǎn)(x,y)出發(fā),沿當(dāng)前掃描線向左、右兩個(gè)方向填充,直到邊界。分別標(biāo)記區(qū)段的左、右端點(diǎn)坐標(biāo)為xLeft和xRight;

(4) 分別檢查與當(dāng)前掃描線相鄰的y - 1和y + 1兩條掃描線在區(qū)間[xLeft,xRight]中的像素,從xLeft開(kāi)始向xRight方向搜索,若存在非邊界且未填充的像素點(diǎn),則找出這些相鄰的像素點(diǎn)中最右邊的一個(gè),并將其作為種子點(diǎn)壓入棧中,然后返回第(2)步;

三、算法實(shí)現(xiàn)

總結(jié)及學(xué)習(xí)感悟

在學(xué)習(xí)直線掃描算法時(shí),一開(kāi)始總是畫(huà)不出來(lái),后來(lái)發(fā)現(xiàn)這句glBegin(GL_POINTS);少了個(gè)S,沒(méi)有S就只能畫(huà)一個(gè)點(diǎn),細(xì)節(jié)很重要。

學(xué)習(xí)區(qū)域填充算法時(shí),基本的思路就是以一個(gè)點(diǎn)為起點(diǎn),不斷探索周圍,如果在這個(gè)區(qū)域內(nèi),就填充顏色,如果遇到邊界就停止。掃描線算法也是,先以某點(diǎn)畫(huà)一條直線,在區(qū)域內(nèi)的線段部分就填充顏色。

我們就像被選中的一點(diǎn)一樣,周圍的一切對(duì)我們來(lái)說(shuō)都是不可知的黑色,只有不斷探索,才知道哪里是邊界,也可能或許沒(méi)有邊界,或許邊界的那邊又是一個(gè)更大的新世界······噗,我想多了。

源代碼

掃描線主要算法

void k1() //0<k<1 
{ 
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); 
 
 glColor3f(0.0,0.0,0.0); 
 glBegin(GL_POINTS); 
 GLint x1=0,y1=0,x2=400,y2=200; 
 GLint x=x1,y=y1; 
 GLint dx=x2-x1,dy=y2-y1,dT=2*(dy-dx),dS=2*dy; 
 GLint d=2*dy-dx; 
 glVertex2i(x,y); 
 while(x<x2) 
 { 
 x++; 
 if(d<0) 
 d=d+dS; 
 else 
 { 
 y++; 
 d=d+dT; 
 } 
 glVertex2i(x,y); 
 } 
 glEnd(); 
 glFlush(); 
 
}

區(qū)域填充
#include "gl/glut.h"
#include "windows.h"
const int POINTNUM=7; //多邊形點(diǎn)數(shù).
 
/******定義結(jié)構(gòu)體用于活性邊表AET和新邊表NET***********************************/
 typedef struct XET
 {
 float x;
 float dx,ymax;
 XET* next;
 }AET,NET;
 
/******定義點(diǎn)結(jié)構(gòu)體point******************************************************/
 struct point
 {
 float x;
 float y;
 }
 polypoint[POINTNUM]={250,50,550,150,550,400,250,250,100,350,100,100,120,30};//多邊形頂點(diǎn)
 
 void PolyScan()
{
/******計(jì)算最高點(diǎn)的y坐標(biāo)(掃描到此結(jié)束)****************************************/
 int MaxY=0;
 int i;
 for(i=0;i<POINTNUM;i++)
 if(polypoint[i].y>MaxY)
 MaxY=polypoint[i].y;
 
/*******初始化AET表***********************************************************/
 AET *pAET=new AET;
 pAET->next=NULL;
 
/******初始化NET表************************************************************/
 NET *pNET[1024];
 for(i=0;i<=MaxY;i++)
 {
 pNET[i]=new NET;
 pNET[i]->next=NULL;
 }
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT); //賦值的窗口顯示. 
 glColor3f(0.0,0.0,0.0);  //設(shè)置直線的顏色紅色
 glBegin(GL_POINTS);
/******掃描并建立NET表*********************************************************/
 for(i=0;i<=MaxY;i++)
 {
 for(int j=0;j<POINTNUM;j++)
 if(polypoint[j].y==i)
 { //一個(gè)點(diǎn)跟前面的一個(gè)點(diǎn)形成一條線段,跟后面的點(diǎn)也形成線段 
 if(polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].y>polypoint[j].y)
 {
 NET *p=new NET;
 p->x=polypoint[j].x;
 p->ymax=polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].y;
 p->dx=(polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].x-polypoint[j].x)/(polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].y-polypoint[j].y);
 p->next=pNET[i]->next;
 pNET[i]->next=p;
 
 }
 if(polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].y>polypoint[j].y)
 {
 NET *p=new NET; 
 p->x=polypoint[j].x;
 p->ymax=polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].y;
 p->dx=(polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].x-polypoint[j].x)/(polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].y-polypoint[j].y);
 p->next=pNET[i]->next;
 pNET[i]->next=p;
 }
 }
 }
/******建立并更新活性邊表AET*****************************************************/
for(i=0;i<=MaxY;i++)
 {
 //計(jì)算新的交點(diǎn)x,更新AET
 NET *p=pAET->next;
 while(p)
 {
 p->x=p->x + p->dx;
 p=p->next;
 }
 //更新后新AET先排序*************************************************************/
 //斷表排序,不再開(kāi)辟空間
 AET *tq=pAET;
 p=pAET->next;
 tq->next=NULL;
 while(p)
 {
 while(tq->next && p->x >= tq->next->x)
 tq=tq->next;
 NET *s=p->next;
 p->next=tq->next;
 tq->next=p;
 p=s;
 tq=pAET;
 }
 //(改進(jìn)算法)先從AET表中刪除ymax==i的結(jié)點(diǎn)****************************************/
 AET *q=pAET;
 p=q->next;
 while(p)
 {
 if(p->ymax==i)
 {
 q->next=p->next;
 delete p;
 p=q->next;
 }
 else
 {
 q=q->next;
 p=q->next;
 }
 }
 //將NET中的新點(diǎn)加入AET,并用插入法按X值遞增排序**********************************/
 p=pNET[i]->next;
 q=pAET;
 while(p)
 {
 while(q->next && p->x >= q->next->x)
 q=q->next;
 NET *s=p->next;
 p->next=q->next;
 q->next=p;
 p=s;
 q=pAET;
 }
/******配對(duì)填充顏色***************************************************************/
 
  p=pAET->next;
 while(p && p->next)
 {
 for(float j=p->x;j<=p->next->x;j++)
 glVertex2i(static_cast<int>(j),i);
 p=p->next->next;//考慮端點(diǎn)情況
 }
 
 
 }
 glEnd();
glFlush(); 
}
void init(void)
{glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
//窗口的背景顏色設(shè)置為白色
glMatrixMode(GL_PROJECTION);
gluOrtho2D(0.0,600.0,0.0,450.0);
}
 
void main(int argc,char* argv)
{
 glutInit(&argc,&argv);  //I初始化 GLUT.
 glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB); //設(shè)置顯示模式:?jiǎn)蝹€(gè)緩存和使用RGB模型
 glutInitWindowPosition(50,100); //設(shè)置窗口的頂部和左邊位置
 glutInitWindowSize(400,300); //設(shè)置窗口的高度和寬度
 glutCreateWindow("An Example OpenGL Program"); //創(chuàng)建顯示窗口
 
 init();    //調(diào)用初始化過(guò)程
 glutDisplayFunc(PolyScan); //圖形的定義傳遞給我window.
 glutMainLoop();   //顯示所有的圖形并等待
 }

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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