实验三 图形裁剪算法实现.docx
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实验三图形裁剪算法实现
实验三图形裁剪算法实现
实验学时:
2学时
实验类型:
验证型
实验要求:
必修
在使用计算机处理图形信息时,计算机内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内,哪些落在显示区之外,以便只显示落在显示区内的那部分图形。
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内。
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,多边形裁剪示意图,如图1-1所示。
(a)裁剪前(b)裁剪后
图1-1多边形裁剪示意图
直线裁剪
1.直线和窗口的关系
直线和窗口的关系如图1-2所示,可以分为如下3类:
图1-2直线与窗口的关系
(1)整条直线在窗口内。
此时,不需剪裁,显示整条直线。
(2)整条直线在窗口外,此时,不需剪裁,不显示整条直线。
(3)部分直线在窗口内,部分直线在窗口外。
此时,需要求出直线与窗框的交点,并将窗口外的直线部分剪裁掉,显示窗口内的直线部分。
直线剪裁算法有两个主要步骤。
首先将不需剪裁的直线挑出,即删去在窗外的直线。
然后,对其余直线,逐条与窗框求交点,并将窗口外的部分删去。
2.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4bit的二进制数进行编码。
如图1-3所示的编码方法将窗口及其邻域分为5个区域。
(1)内域:
区域(0000)。
(2)上域:
区域(1001,1000,1010)。
(3)下域:
区域(0101,0100,0110)。
(4)左域:
区域(1001,0001,0101)。
图1-3窗口及其邻域的5个区域及与直线的关系
(5)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,线段显然为不可见的。
对某线段的两各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。
算法的主要思想是,对每条直线,如P1P2利用以下步骤进行判断:
①对直线两端点P1、P2编码分别记为C1(P1)={a1,b1,c1,d1},C2(P2)={a2,b2,c2,d2}其中,ai、bi、ci、di取值范围为 {1,0},i∈{1,2}。
②如果ai=bi=ci=di=0,则显示整条直线,取出下一条直线,返回步骤①;否则,进入步骤③。
③如果| a1–a2 |=1,则求直线与窗上边(y=yw–max)的交点,并删去交点以上部分。
如果| b1–b2 |=1,| c1–c2 |=1,| d1–d2 |=1,进行类似处理。
④返回步骤①判断下一条直线。
多边形裁剪
多边形裁剪算法的关键在于,通过剪裁,要保持窗口内多边形的边界部分,而且要将窗框的有关部分按一定次序插入多边形的保留边界之间,从而使剪裁后的多边形的边仍然保持封闭状态,以便填色算法得以正确实现,多边形裁剪原理示意图,如图1-4所示。
(a)剪裁的多边形(b)按直线剪裁的多边形(c)按多边形剪裁后的多边形
图1-4多边形裁剪原理示意图1
(1)Sutherland-Hodgman算法思路:
将多边形的各边先相对于窗口的某一条边界进行裁剪,然后将裁剪结果再与另一条边界进行裁剪,如此重复多次,便可得到最终结果。
(2)实现方法:
①设置两个表。
输入顶点表(向量)——用于存放被裁剪多边形的顶点p1–pm。
输出顶点表(线性链表)——用于存放裁剪过程中间结果的顶点q1–qn。
②输入顶点表中各顶点要求按一定顺序排列,一般可采用顺时针或逆时针方向。
③相对于裁剪窗口的各条边界,按顶点表中的顺序,逐边进行裁剪。
(3)具体操作步骤如下:
①Pi若位于边界线的可见一侧,则Pi送给输出顶点表。
②Pi若位于边界线的不可见一侧,则将其舍弃。
③除第一个顶点外,还要检查每一个Pi和前一顶点Pi–1是否位于窗口边界的同一侧,若不在同一侧,则需计算出交点送给输出顶点表。
④最后一个顶点Pn则还要与P1一起进行同样的检查。
如下图1-6所示,是上述多边形裁剪的原理示意图。
图1-6多边形裁剪原理示意图2
图形裁剪编程
1.程序设计功能说明
如图1-7所示为图形裁剪的实用程序运行时的主界面,首先根据界面提示,在用户区双击,出现所需要裁剪的各种线段,再单击菜单中“图形裁剪”,可选择其下拉菜单的各图形裁剪选项完成各种图形裁剪(在窗口中红矩形框外的线段或多边形被裁减掉)。
图1-7“图形裁剪”程序主界面
2.程序设计步骤
程序“图形裁剪”的设计步骤如下:
(1)创建工程名称为“图形裁剪”单文档应用程序框架(参看上面单文档应用程序框架的建立)。
(2)编辑菜单资源。
图1-8图形裁剪切界面
设计如图1-8所示的菜单项。
在工作区的ResourceView标签中,单击Menu项左边“+”,然后双击其子项IDR_MAINFRAME,并根据表1-9中的定义编辑菜单资源。
表1-9菜单资源表
菜单标题
菜单项标题
标示符ID
图形裁剪
线段裁剪
ID_CLIPLINE
多边形裁剪
ID_CLIPPOLYGON
(3)添加消息处理函数。
利用ClassWizard(建立类向导)为应用程序添加与菜单项相关的消息处理函数,ClassName栏中选择CMyView,根据表1-10建立如下的消息映射函数,ClassWizard会自动完成有关的函数声明。
表1-10菜单项的消息处理函数
菜单项ID
消息
消息处理函数
ID_CLIPLINE
CONMMAN
OnIDTRANSLATION
ID_CLIPPOLYGON
CONMMAN
OnIDROTATION
(4)添加代码,在图形裁剪应用程序的相应文件中添加如下黑体字部分代码。
①在“图形裁剪View.h”文档中的适当位置添加定义存储线段端点的数组。
classCMyView:
publicCView
{
protected:
//createfromserializationonly
M
public:
CPointptset[N];
M
};
②在“图形裁剪View.cpp”文档中的适当位置手工添加以下黑体部分代码。
#include"stdafx.h"
#include"图形裁剪.h"
M
#endif
#defineLEFT1
#defineRIGHT2
#defineBOTTOM4
#defineTOP8
#defineXL100
#defineXR300
#defineYT100
#defineYB250
//////////////////////////////////////////////////////////////////
voidCMyView:
:
OnDraw(CDC*pDC)//功能为程序开始呈现下面的界面
{
CMyDoc*pDoc=GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
//TODO:
adddrawcodefornativedatahere
CPennewpen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0));
CPen*old=pDC->SelectObject(&newpen);
pDC->Rectangle(CRect(XL,YT,XR,YB));
//剪切窗口,可通过修改上面的对应数据修改裁剪矩形框
//需要剪切的各种线段,可通过修改数据修改线段(见图1-9)
ptset[0]=CPoint(120,150);
ptset[1]=CPoint(170,110);
ptset[2]=CPoint(0,190);
ptset[3]=CPoint(350,150);
ptset[4]=CPoint(0,250);
ptset[5]=CPoint(150,230);
ptset[6]=CPoint(200,50);
ptset[7]=CPoint(120,150);
图1-9线段剪切
ptset1[0]=CPoint(20,150);
ptset1[1]=CPoint(170,110);
ptset1[2]=CPoint(250,150);
ptset1[3]=CPoint(200,230);
ptset1[4]=CPoint(20,150);
pDC->TextOut(0,0,"双击,出现要剪切的线段");
pDC->TextOut(0,0,"双击鼠标右键,出现要剪切的多边形");
pDC->SelectObject(old);
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////
//处理双击左键消息函数,得到要进行裁剪的直线段
voidCMyView:
:
OnLButtonDblClk(UINTnFlags,CPointpoint)
{
CDC*pDC=GetDC();
CPennewpen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0));
CPen*old=pDC->SelectObject(&newpen);
flag=1;
for(inti=0;i { pDC->MoveTo(ptset[i]); pDC->LineTo(ptset[i+1]); i++; } CView: : OnLButtonDblClk(nFlags,point); } voidCMyView: : OnClipline()//线段裁剪消息处理函数 { 图1-10警告图示窗 CDC*pDC=GetDC(); CPennewpen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0)); CPen*old=pDC->SelectObject(&newpen); if(flag! =1) {MessageBox("请先双击","警告! ");}(如图1-10所示) else { floatx,y,x1,x2,y1,y2; inti; intcode1,code2; RedrawWindow(); //求两端点所在区号code for(i=0;i { intc=0; 图1-11线段剪切结果 if(ptset[i].x elseif(ptset[i].x>XR)c=c|RIGHT; if(ptset[i].y>YB)c=c|BOTTOM; elseif(ptset[i].y code1=c; c=0; if(ptset[i+1].x elseif(ptset[i+1].x>XR)c=c|RIGHT; if(ptset[i+1].y>YB)c=c|BOTTOM; elseif(ptset[i+1].y code2=c; //线段与区域的相交情况(见图1-11) if(code1! =0&&code2! =0&&(code1&code2)==0) { if((LEFT&code1)! =0)//线段与左边界相交 { x=XL; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XL-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((RIGHT&code1)! =0)//线段与右边界相交 { x=XR; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XR-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((BOTTOM&code1)! =0)//线段与下边界相交 { y=YB; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YB-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i+1].y); } elseif((TOP&code1)! =0)//线段与上边界相交 { y=YT; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YT-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i].y); } ptset[i].x=x; ptset[i].y=y; if((LEFT&code2)! =0)//线段与左边界相交 { x=XL; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XL-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((RIGHT&code2)! =0)//线段与右边界相交 { x=XR; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XR-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((BOTTOM&code2)! =0)//线段与下边界相交 { y=YB; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YB-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i+1].y); } elseif((TOP&code2)! =0)//线段与上边界相交 { y=YT; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YT-ptset[i].y)/(ptset [I+1].y-ptset[i].y); } ptset[i+1].x=x; ptset[i+1].y=y; pDC->MoveTo(ptset[i].x,ptset[i].y); pDC->LineTo(ptset[i+1].x,ptset[i+1].y); } if(code1==0&&code2==0) {pDC->MoveTo(ptset[i].x,ptset[i].y); pDC->LineTo(ptset[i+1].x,ptset[i+1].y); } if(code1==0&&code2! =0) { pDC->MoveTo(ptset[0].x,ptset[0].y); if((LEFT&code2)! =0)//线段与左边界相交 { x=XL; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XL-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((RIGHT&code2)! =0)//线段与右边界相交 { x=XR; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XR-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((BOTTOM&code2)! =0)//线段与下边界相交 { y=YB; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YB-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i+1].y); } elseif((TOP&code2)! =0)//线段与上边界相交 { y=YT; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YT-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i].y); } ptset[i+1].x=x; ptset[i+1].y=y; pDC->LineTo(ptset[i+1].x,ptset[i+1].y); } if(code1! =0&&code2==0) { pDC->MoveTo(ptset[i+1].x,ptset[i+1].y); if((LEFT&code1)! =0)//线段与左边界相交 { x=XL; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XL-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((RIGHT&code1)! =0)//线段与右边界相交 { x=XR; y=ptset[i].y+(ptset[i+1].y-ptset[i].y)*(XR-ptset[i].x)/(ptset [i+1].x-ptset[i].x); } elseif((BOTTOM&code1)! =0)//线段与下边界相交 { y=YB; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YB-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i+1].y); } elseif((TOP&code1)! =0)//线段与上边界相交 { y=YT; x=ptset[i].x+(ptset[i+1].x-ptset[i].x)*(YT-ptset[i].y)/(ptset [i+1].y-ptset[i].y); } ptset[i].x=x; ptset[i].y=y; pDC->LineTo(ptset[i].x,ptset[i].y); } } } 图1-12多边形剪切 } //处理双击右键出现要裁剪的多边形(见图1-12) voidCMyView: : OnRButtonDblClk(UINTnFlags,CPointpoint) { CDC*pDC=GetDC(); CPennewpen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0)); CPen*old=pDC->SelectObject(&newpen); flag=2; pDC->MoveTo(ptset1[0]); for(inti=1;i<5;i++) { pDC->LineTo(ptset1[i]); } CView: : OnRButtonDblClk(nFlags,point); } voidCMyView: : OnClippolygon()多边形裁剪(见图1-13) 图1-15警告提示窗 { CDC*pDC=GetDC(); CPennewpen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0)); CPen*old=pDC->SelectObject(&newpen); if(flag! =1) {MessageBox("请先双击鼠标右键","警告! ");}(见图1-14) else { inti,k; intcode1,code2; intM=5; 图1-13多边形剪切结果 RedrawWindow(); //求两端点所在区号code k=0; for(i=0;i { intc=0; if(ptset1[i].x elseif(ptset1[i].x>XL)c=0; code1=c; c=0; if(ptset1[i+1].x elseif(ptset1[i+1].x>XL)c=0; code2=c; if(code1! =0&&code2==0) { pt[k].x=XL; pt[k].y=ptset1[i].y+(ptset1[i+1].y-ptset1[i].y)*(XL- ptset1[i].x)/(ptset1[i+1].x-ptset1[i].x); pt[k+1].x=ptset1[i+1].x; pt[k+1].y=ptset1[i+1].y; k=k+2; } if(code1==0&&code2==0) { if(k==0) { pt[k].x=ptset1[i].x; pt[k].y=ptset1[i].y; pt[k+1].x=ptset1[i+1].x; pt[k+1].y=ptset1[i+1].y; k=k+2; } if(k! =0) { pt[k].x=ptset1[i+1].x; pt[k].y=ptset1[i+1].y; k=k+1; } } if(code1==0&&code2! =0) { pt[k].x=XL; pt[k].y=ptset1[i].y+(ptset1[i+1].y-ptset1[i].y)*(XL- ptset1[i].x)/(ptset1[i+1].x-ptset1[i].x); k++; } } pt[k].x=pt[0].x; pt[k].y=pt[0].y; M=k+1; k=0; for(i=0;i { intc=0; if(pt[i].x elseif(pt[i].x>XR)c=2; code1=c; c=0; if(pt[i+1].x elseif(pt[i+1].x>XR)c=2; code2=c; if(code1==0&&code2==0) { if(k==0) { pts[k].x=pt[i].x; pts[k].y=pt[i].y; pts[k+1].x=pt[i+1].x; pts[k+1].y=pt[i+1].y; k=k+2; } if(k! =0) { pts[k].x=pt[i+1].x; pts[k].y=pt[i+1].y; k++; } } if(code1! =0&&code2==0) { pts[k].x=XR; pts[k].y=pt[i].y+(
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