【计算机图形学 】扫描线多边形填充算法 | OpenGL+鼠标交互
2024-06-02 04:07:35
文章目录
- 其他计算机图形学实验
- 前言
- 思路借鉴
- 步骤
- 1.点的结构体
- 2. AET 活性边表、NET新边表 的结构体
- 3. 扫描线算法实现
- 4. 改变鼠标响应函数
- 完整代码
- 总结
其他计算机图形学实验
传送门
前言
实现多边形扫描线填充算法，并和鼠标进行交互。
具体原理略过，会贴上完整代码，可直接运行。
环境：
vs2019,OpenGL的库（可以搜索如何用vs使用OpenGL的库，可以使用vs自带的插件或者其他方法，很方便）
要点：
1.NET和AET的创建，改动
2.改变鼠标点击和鼠标拖拽的响应事件。
最终效果：
用鼠标随意画顶点，然后展示填充过程
对应控制台会输出顶点坐标和个数
思路借鉴
文章1
文章2
步骤
1.点的结构体
struct point
{float x, y;point(){}point(int xx, int yy):x(xx), y(yy) {}
};
vector<point> vertice; //顶点
2. AET 活性边表、NET新边表 的结构体
typedef struct XET
{float x;float dx; // 从当前扫描线到下一条扫描线间x的增量，即斜率的倒数float ymax; //该边所交的最高扫描线的坐标值ymaxXET* next;
}AET, NET; //AET 活性边表； NET新边表
3. 扫描线算法实现
void PolyScan()
{/*得到最高点的y坐标*/int Max_Y = 0;for (int i = 0; i < vertice.size(); i++) /*Max_Y = max(Max_Y, vertice[i].y);*/if (vertice[i].y > Max_Y)Max_Y = vertice[i].y;//初始化AET表AET* pAET = new AET;pAET->next = NULL;//初始化NET表NET* pNET[800]; //吊桶for (int i = 0; i <= Max_Y; i++){pNET[i] = new NET;pNET[i]->next = NULL;;}//扫描并且建立NET表int len = vertice.size(); //顶点个数for (int i = 0; i <= Max_Y; i++){for (int j = 0; j < len; j++) //扫描每个点{if (i == vertice[j].y){//如果一个点和前一个点有一条边相连，则该点和后面一个点也相连//！这个式子 便于最后一个顶点和第一个点相连 和 防止出现负数//判断当前点的高低，使ymax、DX、DY的计算有变化if (vertice[(j - 1 + len) % len].y > vertice[j].y){//前一个点在当前点的上方NET* p = new NET;p->x = vertice[j].x;p->ymax = vertice[(j - 1 + len) % len].y;//与当前扫描线相交的活性边 的 最高点即为相邻顶点的yfloat DX = vertice[(j - 1 + len) % len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j - 1 + len) % len].y - vertice[j].y;p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数p->next = pNET[i]->next;pNET[i]->next = p;}if (vertice[(j + 1) % len].y > vertice[j].y){//后一个点在当前点的上方NET* p = new NET;p->x = vertice[j].x;p->ymax = vertice[(j + 1) % len].y;float DX = vertice[(j + 1) % len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j + 1) % len].y - vertice[j].y;p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数p->next = pNET[i]->next;pNET[i]->next = p;}}}}//建立并且更新活性边表AET//各条扫描线ifor (int i = 0; i <= Max_Y; i++){/*把新边表NET[i] 中的边结点用插入排序法插入AET表，使之按x坐标递增顺序排列*///计算每条扫描线上不同线产生的新的交点x，更新AETNET* p = pAET->next;while (p){p->x = p->x + p->dx; //更新x坐标p = p->next;}//断表排序,不再开辟空间 AET* tq = pAET;p = pAET->next;tq->next = NULL;while (p)//顺着链表往下走{//找到第一个比它大的数字tq->next->next->x，则从p->next到tq->next都是比p->x小的while (tq->next != NULL && tq->next->x <= p->x)tq = tq->next;//插入p到tq和tq->next之间NET* t = p->next;p->next = tq->next;tq->next = p;p = t;tq = pAET;//回到头}/*(改进算法) 取消求交，减少计算量*///先从AET表中删除ymax==i的结点****************************************///像素的取舍问题，保证多边形的“下闭上开”，避免填充扩大化（交点的个数应保证为偶数个）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;}}//若NET中有新点，将其用插入法插入AET，按x递增的顺序排列p = pNET[i]->next;q = pAET;while (p){while (q->next && p->x >= q->next->x)q = q->next;//插入pNET* t = p->next;p->next = q->next;q->next = p;p = t;q = pAET;//回到头}//配对后填充颜色p = pAET->next;while (p && p->next != NULL){for (float j = p->x; j <= p->next->x; j++){//扫描线画点draw_a_point(j, i);//cout << "(" << j << ", " << i << ")" << endl;}p = p->next->next;//考虑端点情况}}glFlush();
}
4. 改变鼠标响应函数
void mymouse(int button, int state, int x, int y)
{//左键if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){draw_a_point(x, window_height - y);point p(x, window_height - y);vertice.push_back(p);cout << "顶点" << vertice.size() << ": (" << x << ", " << window_height - y << ")" << endl;}//右键if (button == GLUT_RIGHT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){glClearColor(1, 1, 1, 1);//设置绘制窗口颜色为白色glColor3f(0, 1, 1);//绘制多边形glBegin(GL_LINES); for (int i = 0; i < vertice.size(); i++){if (i == vertice.size() - 1)//画完最后一个点，使其闭合{glVertex2f(vertice[0].x, vertice[0].y);glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);}else{glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);glVertex2f(vertice[i + 1].x, vertice[i + 1].y);}}glEnd();glFlush();}//鼠标中间if (button == GLUT_MIDDLE_BUTTON && state == GLUT_DOWN){//cout << "center: (" << x << ", " << y << ")" << endl;//BoundaryFill4(x, window_height - y);//BoundaryFill4_Stack(x, window_height - y);cout << "多边形顶点个数为" << vertice.size() << "。 " << "开始扫描线填充。" << endl;PolyScan();}
}
完整代码
//扫描线算法
#include<iostream>
#include<gl/glut.h>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<stack>
#include<queue>
using namespace std;
const int window_width = 800, window_height = 600;
const int maxn = 99999;struct point
{float x, y;point(){}point(int xx, int yy):x(xx), y(yy) {}
};
vector<point> vertice; //顶点typedef struct XET
{float x;float dx; // 从当前扫描线到下一条扫描线间x的增量，即斜率的倒数float ymax; //该边所交的最高扫描线的坐标值ymaxXET* next;
}AET, NET; //AET 活性边表； NET新边表void draw_a_point(int x, int y);
void PolyScan();
void mymouse(int button, int state, int x, int y);
void display();int main(int argc, char* argv[])
{glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);glutInitWindowPosition(100, 50);glutInitWindowSize(window_width, window_height);glutCreateWindow("扫描线填充");glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluOrtho2D(0, window_width, 0, window_height);glClearColor(1, 1, 1, 1);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glutMouseFunc(&mymouse);glutDisplayFunc(&display);glutMainLoop();return 0;
}//画点函数
void draw_a_point(int x, int y)
{glBegin(GL_POINTS);glColor3f(0, 1, 1);glVertex2f(x, y);glEnd();glFlush();
}void PolyScan()
{/*得到最高点的y坐标*/int Max_Y = 0;for (int i = 0; i < vertice.size(); i++) /*Max_Y = max(Max_Y, vertice[i].y);*/if (vertice[i].y > Max_Y)Max_Y = vertice[i].y;//初始化AET表AET* pAET = new AET;pAET->next = NULL;//初始化NET表NET* pNET[800]; //吊桶for (int i = 0; i <= Max_Y; i++){pNET[i] = new NET;pNET[i]->next = NULL;;}//扫描并且建立NET表int len = vertice.size(); //顶点个数for (int i = 0; i <= Max_Y; i++){for (int j = 0; j < len; j++) //扫描每个点{if (i == vertice[j].y){//如果一个点和前一个点有一条边相连，则该点和后面一个点也相连//！这个式子 便于最后一个顶点和第一个点相连 和 防止出现负数//判断当前点的高低，使ymax、DX、DY的计算有变化if (vertice[(j - 1 + len) % len].y > vertice[j].y){//前一个点在当前点的上方NET* p = new NET;p->x = vertice[j].x;p->ymax = vertice[(j - 1 + len) % len].y;//与当前扫描线相交的活性边 的 最高点即为相邻顶点的yfloat DX = vertice[(j - 1 + len) % len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j - 1 + len) % len].y - vertice[j].y;p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数p->next = pNET[i]->next;pNET[i]->next = p;}if (vertice[(j + 1) % len].y > vertice[j].y){//后一个点在当前点的上方NET* p = new NET;p->x = vertice[j].x;p->ymax = vertice[(j + 1) % len].y;float DX = vertice[(j + 1) % len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j + 1) % len].y - vertice[j].y;p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数p->next = pNET[i]->next;pNET[i]->next = p;}}}}//建立并且更新活性边表AET//各条扫描线ifor (int i = 0; i <= Max_Y; i++){/*把新边表NET[i] 中的边结点用插入排序法插入AET表，使之按x坐标递增顺序排列*///计算每条扫描线上不同线产生的新的交点x，更新AETNET* p = pAET->next;while (p){p->x = p->x + p->dx; //更新x坐标p = p->next;}//断表排序,不再开辟空间 AET* tq = pAET;p = pAET->next;tq->next = NULL;while (p)//顺着链表往下走{//找到第一个比它大的数字tq->next->next->x，则从p->next到tq->next都是比p->x小的while (tq->next != NULL && tq->next->x <= p->x)tq = tq->next;//插入p到tq和tq->next之间NET* t = p->next;p->next = tq->next;tq->next = p;p = t;tq = pAET;//回到头}/*(改进算法) 取消求交，减少计算量*///先从AET表中删除ymax==i的结点****************************************///像素的取舍问题，保证多边形的“下闭上开”，避免填充扩大化（交点的个数应保证为偶数个）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;}}//若NET中有新点，将其用插入法插入AET，按x递增的顺序排列p = pNET[i]->next;q = pAET;while (p){while (q->next && p->x >= q->next->x)q = q->next;//插入pNET* t = p->next;p->next = q->next;q->next = p;p = t;q = pAET;//回到头}//配对后填充颜色p = pAET->next;while (p && p->next != NULL){for (float j = p->x; j <= p->next->x; j++){//扫描线画点draw_a_point(j, i);//cout << "(" << j << ", " << i << ")" << endl;}p = p->next->next;//考虑端点情况}}glFlush();
}
void mymouse(int button, int state, int x, int y)
{//左键if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){draw_a_point(x, window_height - y);point p(x, window_height - y);vertice.push_back(p);cout << "顶点" << vertice.size() << ": (" << x << ", " << window_height - y << ")" << endl;}//右键if (button == GLUT_RIGHT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){glClearColor(1, 1, 1, 1);//设置绘制窗口颜色为白色glColor3f(0, 1, 1);//绘制多边形glBegin(GL_LINES); for (int i = 0; i < vertice.size(); i++){if (i == vertice.size() - 1)//画完最后一个点，使其闭合{glVertex2f(vertice[0].x, vertice[0].y);glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);}else{glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);glVertex2f(vertice[i + 1].x, vertice[i + 1].y);}}glEnd();glFlush();}//鼠标中间if (button == GLUT_MIDDLE_BUTTON && state == GLUT_DOWN){//cout << "center: (" << x << ", " << y << ")" << endl;//BoundaryFill4(x, window_height - y);//BoundaryFill4_Stack(x, window_height - y);cout << "多边形顶点个数为" << vertice.size() << "。 " << "开始扫描线填充。" << endl;PolyScan();}
}
void display()
{glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(0.0, 0.4, 0.2);glPointSize(1);glBegin(GL_POINTS);PolyScan();glEnd();glFlush();
}总结
扫描线算法部分，建立NET 和 建立并且更新活性边表AET 这两个地方比较复杂，可以带入图中多想
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