实验三图形裁剪算法实现解析.docVIP

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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。 (a)裁剪前 b)裁剪后 图 多边形裁剪 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: (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4 bit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: ① Pi若位于边界线的可见一侧,则Pi送给输出顶点表。 ② Pi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。 设计如图1-8所示的菜单项

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