漫水填充(泛洪填充、油漆桶)的C#实现(解决堆溢出问题)
2024-07-02 02:49:21
漫水填充也叫泛洪填充，是画图软件中的油漆桶功能，但在运用中，远不止于此，比如构造一个矩阵数据，需要检测边界，在边界的内外填入不同的数据。油漆桶是对图形的快速填充，将图象以位图数据的形式来看，其实也是一个矩阵数据或者说是二维数组，所以我们如果以数字作为矩阵数据，那么只需检测里面的数据即可。然后将数据再绘制成图像，那就是油漆桶的功能。为了保存数据，我们定义了一个数字矩阵，并在矩阵中实现相应的填充方法，代码如下。
#region DigitMatrix/// <summary>/// 数字矩阵/// </summary>public class DigitMatrix{#region 属性/// <summary>/// 行数/// </summary>public int RowCount { get; private set; }/// <summary>/// 列数/// </summary>public int ColumnCount { get; private set; }public int[,] Data { get; private set; }#endregionpublic DigitMatrix(int rowCount, int columnCount){RowCount = rowCount;ColumnCount = columnCount;Data = new int[RowCount, ColumnCount];}public override string ToString(){StringBuilder sb = new StringBuilder();for (int r = 0; r < RowCount; r++){string line = "";for (int c = 0; c < ColumnCount; c++){line += Data[r, c];}sb.AppendLine(line);}return sb.ToString();}#region FloodFill8/// <summary>/// 漫水填充(8邻域填充)/// </summary>/// <param name="r">行</param>/// <param name="c">列</param>/// <param name="newValue"></param>/// <param name="oldValue"></param>/// <param name="matrix"></param>public void FloodFill8(int r, int c, int newValue, int oldValue){//递归实现可能造成堆栈溢出错误if (r >= 0 && r < RowCount && c >= 0 && c < ColumnCount &&Data[r, c] == oldValue && Data[r, c] != newValue){Data[r, c] = newValue;FloodFill8(r + 1, c, newValue, oldValue);FloodFill8(r - 1, c, newValue, oldValue);FloodFill8(r, c + 1, newValue, oldValue);FloodFill8(r, c - 1, newValue, oldValue);FloodFill8(r + 1, c + 1, newValue, oldValue);FloodFill8(r - 1, c - 1, newValue, oldValue);FloodFill8(r - 1, c + 1, newValue, oldValue);FloodFill8(r + 1, c - 1, newValue, oldValue);}}#endregion#region FloodFill8WithStack/// <summary>/// 漫水填充(基于堆的8邻域填充)/// </summary>/// <param name="r">行</param>/// <param name="c">列</param>/// <param name="newValue"></param>/// <param name="oldValue"></param>/// <param name="matrix"></param>public void FloodFill8WithStack(int r, int c, int newValue, int oldValue){var stackRow = new Stack<int>();var stackColumn = new Stack<int>();stackRow.Push(r);stackColumn.Push(c);bool CheckNewSeed(int r1, int c1){if (r1 >= 0 && r1 < RowCount && c1 >= 0 && c1 < ColumnCount &&Data[r1, c1] == oldValue && Data[r1, c1] != newValue){Data[r1, c1] = newValue;stackRow.Push(r1);stackColumn.Push(c1);return true;}return false;}while (true){if (stackRow.Count <= 0){break;}r = stackRow.Pop();c = stackColumn.Pop();CheckNewSeed(r, c);CheckNewSeed(r + 1, c);CheckNewSeed(r - 1, c);CheckNewSeed(r, c + 1);CheckNewSeed(r, c - 1);CheckNewSeed(r + 1, c + 1);CheckNewSeed(r - 1, c - 1);CheckNewSeed(r - 1, c + 1);CheckNewSeed(r + 1, c - 1);}}#endregion#region FloodFill4/// <summary>/// 漫水填充(4邻域填充)/// </summary>/// <param name="r">行</param>/// <param name="c">列</param>/// <param name="newValue"></param>/// <param name="oldValue"></param>public void FloodFill4(int r, int c, int newValue, int oldValue){//递归实现可能造成堆栈溢出错误if (r >= 0 && r < RowCount && c >= 0 && c < ColumnCount&& Data[r, c] == oldValue && Data[r, c] != newValue){Data[r, c] = newValue;FloodFill4(r + 1, c, newValue, oldValue);FloodFill4(r - 1, c, newValue, oldValue);FloodFill4(r, c + 1, newValue, oldValue);FloodFill4(r, c - 1, newValue, oldValue);}}#endregion#region FloodFill4WithStack/// <summary>/// 漫水填充(基于堆的4邻域填充)/// </summary>/// <param name="r">行</param>/// <param name="c">列</param>/// <param name="newValue"></param>/// <param name="oldValue"></param>public void FloodFill4WithStack(int r, int c, int newValue, int oldValue){var stackRow = new Stack<int>();var stackColumn = new Stack<int>();stackRow.Push(r);stackColumn.Push(c);bool CheckNewSeed(int r1, int c1){if (r1 >= 0 && r1 < RowCount && c1 >= 0 && c1 < ColumnCount &&Data[r1, c1] == oldValue && Data[r1, c1] != newValue){Data[r1, c1] = newValue;stackRow.Push(r1);stackColumn.Push(c1);return true;}return false;}while (true){if (stackRow.Count <= 0){break;}r = stackRow.Pop();c = stackColumn.Pop();CheckNewSeed(r, c);CheckNewSeed(r + 1, c);CheckNewSeed(r - 1, c);CheckNewSeed(r, c + 1);CheckNewSeed(r, c - 1);}}#endregion#region FloodFillScanRowColumn/// <summary>/// 漫水填充(基于行扫描行列的递归填充)/// </summary>/// <param name="r">行</param>/// <param name="c">列</param>/// <param name="newValue"></param>/// <param name="oldValue"></param>public void FloodFillScanRowColumn(int r, int c, int newValue, int oldValue){//递归实现可能造成堆栈溢出错误if (oldValue == newValue) return;if (Data[r, c] != oldValue) return;int c1;//从当前位置扫描至最右边c1 = c;while (c1 < ColumnCount && Data[r, c1] == oldValue){Data[r, c1] = newValue;c1++;}//从当前位置扫描至最左边c1 = c - 1;while (c1 >= 0 && Data[r, c1] == oldValue){Data[r, c1] = newValue;c1--;}//向上检测新的扫描行c1 = c;while (c1 < ColumnCount && Data[r, c1] == newValue){if (r > 0 && Data[r - 1, c1] == oldValue){FloodFillScanRowColumn(r - 1, c1, newValue, oldValue);}c1++;}c1 = c - 1;while (c1 >= 0 && Data[r, c1] == newValue){if (r > 0 && Data[r - 1, c1] == oldValue){FloodFillScanRowColumn(r - 1, c1, newValue, oldValue);}c1--;}//向下检测新的扫描行c1 = c;while (c1 < ColumnCount && Data[r, c1] == newValue){if (r < RowCount - 1 && Data[r + 1, c1] == oldValue){FloodFillScanRowColumn(r + 1, c1, newValue, oldValue);}c1++;}c1 = c - 1;while (c1 >= 0 && Data[r, c1] == newValue){if (r < RowCount - 1 && Data[r + 1, c1] == oldValue){FloodFillScanRowColumn(r + 1, c1, newValue, oldValue);}c1--;}//由于检测到新的行之后会递归检测，所以所有的空间都将被检测到。}#endregion#region FloodFillScanRowColumnWithStack/// <summary>/// 漫水填充(基于堆的扫描行列的填充)/// </summary>/// <param name="r">行</param>/// <param name="c">列</param>/// <param name="newValue"></param>/// <param name="oldValue"></param>public void FloodFillScanRowColumnWithStack(int r, int c, int newValue, int oldValue){if (oldValue == newValue){Console.WriteLine("区域已经填充，不需要处理。");return;}var stackRow = new Stack<int>();var stackColumn = new Stack<int>();int c1;bool spanBottom;//检测下方bool spanTop;//检测上方stackRow.Push(r);stackColumn.Push(c);try{while (true){r = (stackRow.Count > 0 ? stackRow.Pop() : -1);if (r == -1) return;c = (stackColumn.Count > 0 ? stackColumn.Pop() : -1);c1 = c;while (c1 >= 0 && Data[r, c1] == oldValue) c1--; // 跳到需填充的最左位置.c1++; //向右spanBottom = spanTop = false;while (c1 < ColumnCount && Data[r, c1] == oldValue)//向上扫描到需要填充的位置{Data[r, c1] = newValue;//填充数据if (!spanBottom && r > 0 && Data[r - 1, c1] == oldValue)//没有在检测下方，而下方有需要填充的位置，将位置压入到堆栈中，然后跳过该行.{stackRow.Push(r - 1);stackColumn.Push(c1);spanBottom = true;}else if (spanBottom && r > 0 && Data[r - 1, c1] != oldValue)//检测下方，向上扫描到边界，则不再检测底边。{spanBottom = false;}if (!spanTop && r < RowCount - 1 && Data[r + 1, c1] == oldValue) //没有在检测上方， 而上方有需要填充的位置，将位置压入到堆栈中，然后跳过该行.{stackRow.Push(r + 1);stackColumn.Push(c1);spanTop = true;}else if (spanTop && r < RowCount - 1 && Data[r + 1, c1] != oldValue)//检测上方，向上扫描到边界，则不再检测上方。{spanTop = false;}c1++;//向右扫描}}}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"{r}行,{c}列;{ex.Message}");}}#endregion}#endregion边界数据直接填写到DigitMatrix中，然后调用 matrix.FloodFillScanRowColumnWithStack(0, 0, 2, 0);，其中2是newValue，0是oldValue。
实现后的效果图
红色区为填充部分，黑色为图形的边界，白色部分是图形的内部。
参考文章
漫水填充算法的一个简单实现（Qt版）
图像处理之泛洪填充算法(Flood Fill Algorithm)
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