50288

Заповнення багатокутників

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Однією із унікальних характеристик растрового пристрою є можливість представлення суцільних областей. Генерацію суцільних областей із простих описів ребер або вершин називають растровою розгорткою суцільних областей, заповненням багатокутників або заповненням контурів. Для цього використовують кілька методів, які можна поділити на дві категорії: растрова розгортка та заповнення із затравкою.

Украинкский

2014-02-03

69 KB

10 чел.

Лабораторна робота №3.

Заповнення багатокутників.

Однією із унікальних характеристик растрового пристрою є можливість представлення суцільних областей. Генерацію суцільних областей із простих описів ребер або вершин називають растровою розгорткою суцільних областей, заповненням багатокутників або заповненням контурів. Для цього використовують кілька методів, які можна поділити на дві категорії: растрова розгортка та заповнення із затравкою.

В методах растрової розгортки намагаються визначити в порядку сканування рядків, чи лежить точка всередині контура. Ці алгоритми проводять сканування зазвичай від "верху" контура до його "низу". В методах заповнення із затравкою передбачається, що відома певна точка (затравка), яка знаходиться всередині замкнутого контуру. В алгоритмах шукають точки, які розташовані навколо затравки і знаходяться всередині контуру. Якщо сусідня точка розташована не всередині, значить, знайдено межу контура. Якщо точка знаходиться всередині контуру, то вона стає новою затравочною точкою і пошук продовжується рекурсивно.

1. Малювання заповненого трикутника.

Однією із базових операцій в 3D-графіці є малювання заповненого трикутника. Розглянемо малювання такого трикутника методом растрової розгортки. Його зображення на екрані  – це набір горизонтальних відрізків, причому, оскільки трикутник – фігура випукла, кожному рядку екрану відповідає не більше одного відрізку. Тому достатньо пройтись по всім рядкам екрану, які перетинаються з трикутником (тобто, від мінімального до максимального значення y для вершин трикутників), і провести відповідні горизонтальні відрізки (див. мал. 1).

Малюнок 1

Нехай кожна вершина задається структурою-записом (точка.x, точка.y). Відсортуємо вершини так, щоб вершина A стала верхньою, С – нижньою; тоді min(y)=A.y, max(y)=C.y, і потрібно пройтись по всім лініям від min(y) до max(y). Розглянемо деяку лінію sy(). Якщо sy<B.y, то ця лінія перетинає сторони AB і AC; якщо syB.y – то сторони BC і AC. Координати всіх вершин відомі, тому можна записати рівняння сторін і знайти перетин потрібної сторони і прямої y=sy. При цьому отримаємо два кінця відрізка. Так як невідомо, який з них лівий, який правий, то потрібно порівняти координати x і поміняти значення при необхідності. Після цього потрібно намалювати цей відрізок. Таку процедуру потрібно повторит для кожного рядка. Зупинимося більш докладніше на знаходжені перетину прямої y=sy(поточного рядка) і сторони трикутника, наприклад, AB. Напишемо рівняння прямої AB в формі x=k*y+b:

.

Підставляючи відоме для поточної прямої значення y=sy, отримаємо:

.

Також потрібно врахувати випадок, коли B.y=C.y – в цьому випадку (і тільки в цьому, тому що якщо C.y=A.y, то трикутник пустий і малювати його не варто; а якщо B.y=A.y, то syA.y і до ділення на B.y  справа не дійде) виникне спроба ділення на ноль. Таким чином код матиме вигляд:

{...}

{сортуємо вершини A, B, C}

{...}

for sy:=A.y to C.y do

begin

  x1:=A.x+(sy–A.y)*(C.x–A.x)/(C.y–A.y);

  if (sy<B.y) then

    x2:=A.x+(sy–A.y)*(B.x–A.x)/(B.y–A.y)

  else

    if C.y=B.y then

      x2:=B.x

    else  x2:=B.x+(sy–B.y)*(C.x–B.x)/(C.y–B.y);

  if x1>x2 then

  begin

    tmp:=x1; x1:=x2; x2:=tmp;

  end;

  drawHorizontalLine(sy, x1, x2);

end;

2.Заповнення багатокутників.

2.1. Растрова розгортка багатокутників.

Багато замкнених контурів є простими багатокутниками. Якщо контур складається із кривих ліній, то його можна апроксимуати багатокутником або багатокутниками. Найпростіший метод заповнення багатокутника полягає в перевірці на належність багатокутнику кожного піксела в растрі. Так як більшість пікселів лежить поза багатокутником, то даний метод досить нераціональний. Витрати часу обчислення можна скоротити шляхом виділення дя багатокутника оболонки – найменшого прямокутника, що містить всередині себе баатокутник. В цьому випадку перевіряються тільки внутрішні точки цього прямокутника.

Простий алгоритм із впорядкованим списком ребер.

Алгоритми растрової розгортки суцільних областей залежать від сортування в порядку сканування точок перетину ребер багатокутника із скануючими рядками. Ефективність таких алгоритмів залежить від ефективності сортування. Найпростіший алгоритм в цьому випадку матиме вигляд:

підготувати дані:

визначити для кожного ребра багатокутника точки перетину із скануючими рядками, проведеними через середини інтервалів, для чого можна використати алгоритми Брезенхема або ЦДА. Горизонтальні ребра при цьому ігноруються. Занести кожний перетин () в список. Відсортувати список по рядкам і по зростанню x в рядку, тобто (x1, y1) є попередником (x2, y2), якщо y1>y2 або y1=y2 і x1x2.

перевести таким чином отримані дані в растрову форму:

виділити із відсортованого списку пари елементів (x1, y1) та (x2, y2). Структура списку гарантує, що y=y1=y2 і x1x2. Активізувати на скануючому рядку y піксели для цілих значень x, таких, що .

Алгоритм із списком ребер та прапорцем.

Алгоритм, що використовує список ребер та прапорець, є двохкроковим. Перший крок полягає в в промальовці контура, в результаті чого на кожному скануючому рядку утворюються пари обмежуючих пікселів. Другий крок полягає в заповнені пікселів, що розташовані між обмежуючими пікселями. Таким чином алгоритм можна зформулювати так:

Промальовка контура:

використовуючи домовленість про середину інтервалу між скануючими рядками для кожного ребра, що перетинає скануючий рядок, відмітити самий лівий піксел, центр якого лежить справа від перетину; тобто

Заповнення:

Для кожного скануючого рядку , що перетинає багатокутник

intro=false

for x=0 {ліва межа} to x=xmax {права межа}

  if піксел в точці має граничне значення then

    інвертувати значення змінної intro

  if intro=true then

    присвоїти пікселу в x значення кольору багатокутника

  else присвоїти пікселу в x значення кольору фону

end if

next x

2.2. Алгоритми заповнення із затравкою.

В алгоритмах заповнення із затравкою допускається, що відомий хоча б один піксел із внутрішньої області багатокутника. Алгоритм робить спробу знайти і зафарбувати всі інші піксели, що належать внутрійній області. Області можуть бути або внутрішньо-, або  гранично-визначеними. Якщо область відноситься до внутрішньо-визначеної, то всі піксели, що належать внутрішній частині, мають один і той же колір або інтенсивність, а всі піксели, зовнішні по відношенню до області, мають інший колір.

Зафарбовування області , що задана кольором границі. 

Розглянемо точку, що обмежена набором пікселів заданого кольору, і точку (x, y), що лежить всередині цієї області.

Найпростіший алгоритм має вигляд:

procedure PixelFill(x, y, BorderColor, Color: integer);

var

  c: integer;

begin

  c:=GetPixel(x, y);

  if (c<>BorderColor) and (c<>color) then

  begin

    putPixel(x, y, color);

    PixelFill(x–1, y, BorderColor, color);

    PixelFill(x+1, y, BorderColor, color);

    PixelFill(x, y–1, BorderColor, color);

    PixelFill(x–1, y, BorderColor, color);

    PixelFill(x, y+1, BorderColor, color);

  end;

end;

 Цей алгоритм хоча і заповнює найскладніші області, є досить неефективним, так як вже для промальованого піксела функція викликається ще три рази, і, крім того, вимагає занадто великого стеку із-за глибини рекурсії. Тому для вирішення задачі зафарбовування області краще алгоритми, що здатні обробляти відразу цілі групи пікселів.

Розглянемо версію одного із найпопулярніших алгоритмів подібного типу, коли для заданої точки (x, y) визначається та заповнюється максимальний відрізок (x1, xr), що містить цю точку і лежить всередині області. Після цього в пошуках ще не заповнених пікселів перевіряються відрізки, що лежать вище та нижче. Якщо такі піксели знаходяться, то функція викликається рекурсивно для їх обробки. Такий алгоритм працює ефективно навіть для областей з дірками.

uses mGraph;

function LineFill(x, y, dir, prevX1, prevXr, BorderColor, color: integer): integer;

var

 x1, xr: integer;

 c: byte;

begin

 x1 := x; xr := x;

 repeat

   dec(x1);

   c := memGetPixel(x1, y);

 until (c = borderColor) or (c = Color);

 repeat

   inc(xr);

   c := memGetPixel(xr, y);

 until (c = borderColor) or (c = Color);

 inc(x1); dec(xr);

 BLine(x1, y, xr + 1, y, color);

 x := x1;

 while x <= xr do

 begin

   c := memGetPixel(x, y + dir);

   if (c <> borderColor) and (c <> color) then

     x := LineFill(x, y + dir, dir, x1, xr, borderColor, color);

   inc(x);

 end;

 x := x1;

 while x < prevX1 do

 begin

   c := memGetPixel(x, y - dir);

   if (c <> borderColor) and (c <> color) then

     x := LineFill(x, y - dir, -dir, x1, xr, borderColor, color);

   inc(x);

 end;

 x := prevXR;

 while x < xR do

 begin

   c := memGetPixel(x, y - dir);

   if (c <> borderColor) and (c <> color) then

     x := LineFill(x, y - dir, -dir, x1, xr, borderColor, color);

   inc(x);

 end;

 LineFill := xR;

end;

procedure FillRegion(const x, y, borderColor, color: integer);

begin

 LineFill(x, y, 1, x, x, borderColor, color);

end;

                    
Питання для самоконтролю.
 [50]

  1.  Назвіть загальні методи, які використовуються при заповненні замкнених областей.

В чому полягає сутність методів растрової розгортки при зафарбовуванні замкненої області.

В чому полягає сутність методів зафарбовування із затравкою.

Опишіть алгоритм малювання зафарбованого трикутника.

Опишіть алгоритм заповнення області, заданою кольором межі, із затравкою.

Завдання для самостійного виконання.[50]

  1.  Створити процедуру малювання зафарбованого трикутника.[20]

Програмно реалізувати алгоритм визначення попадання точки в трикутник.[20]

Реалізувати найпростіший алгоритм заповнення певним кольором довільного контуру із заданим кольором межі.[10]


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52829. Школа бізнесу 37.5 KB
  Мета: Ознайомити дітей з грошовими одиницями інших держав, продовжувати вчити дітей ощадливо ставитися до грошей, економно та раціонально їх використовувати. Пригадати основний закон економіки. Розрізняти першочергові і другорядні потреби. Вправляти в розв’язуванні кросвордів, читанні ребусів; розвивати пам'ять, логічне та образне мислення, творчу уяву, пізнавальні інтереси.
52830. Машини і механізми 200 KB
  Мета. Ознайомити учнів з різними видами машин і механізмів, де і як вони використовуються у виробництві; розвивати мислення, уяву, мовлення, виховувати інтерес до різних видів професій.
52831. РЕАЛІЗАЦІЯ МЕТОДУ ПРОЕКТІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ ДІЯЛЬНОСТІ ФІРМИ СТУДЕНТАМИ СПЕЦІАЛЬНОСТІ „ЕКОНОМІКА ПІДПРИЄМСТВА“ 121 KB
  Зявилась можливість бути учасником міжнародних проектів телеконференцій спілкуватися з величезною і дуже різноплановою аудиторією. Серед різноманітних напрямів нових педагогічних технологій найбільш адекватним до поставлених завдань є метод проектів. Численними дослідженнями встановлено що метод проектів виступає як важливий компонент системи продуктивної освіти і є нестандартним нетрадиційним способом організації освітніх процесів через активні дії планування прогнозування аналіз синтез спрямованих на реалізацію...
52832. Екосистеми світу. Ecosystems of the World 83.5 KB
  To start with we’ll see how well you know the matter of our discussion and revise the lexical units which help us to keep it and be aware of the problem under consideration. On your desks there are cards with words and word-combinations. During two minutes define them and give examples. At that time one of you will go to the board and draw a scheme of an ecosystem with all elements it comprises and give the definition what an ecosystem is.
52833. Математична наука навколо нас 67 KB
  Математична наука навколо нас Протягом усього свідомого життя людина здобуває нові знання. Знанняце сукупність інформаціїяку вона дістає з навколишнього світу в процесі суспільновиробничої практики. Головна мета такого уроку спостереження предметів явищ процесів які вивчаються та вміння використовувати теоретичні знання на практичних прикладах що супроводжується поясненням учителя. У процесі уроку учні зможуть: повторити теоретичні відомості ; поглибити свої знання про...
52834. Конструювання та розвязання економічних задач в середовищі табличного процесору Microsoft Excel 108.5 KB
  Раціональність вибору вказаних класів пояснюється тим, що разом з наочно-образним мисленням, що допомагає цілісно бачити обєкти, в учнів у цьому віці активно розвивається асоціативне мислення, сприяюче засвоєнню різних абстрактних понять.
52835. ЛОКАЛЬНІ ЕКСТРЕМУМИ ФУНКЦІЇ ДВОХ ЗМІННИХ 182 KB
  Викладено методику проведення лекційного заняття з використанням інтерактивних форм навчання з теми Локальні екстремуми функції двох змінних Для викладачів вищої математики вищих навчальних закладів 12 рівнів акредитації. 10 Додатки: Додаток А Текст лекції Локальні екстремуми функції двох змінних 18 Додаток Б Приклади задач економічного характеру. Група: БО 27 Тема: Локальні екстремуми функції двох змінних Мета заняття: Методична: показати методику проведення лекції із застосуванням техніки зворотного...
52836. Графики нагрузок промыленных установок 243.5 KB
  Цеховые электрические сети напряжением до 1000 В являются составной частью систем электроснабжения промышленного предприятия и служат для распределения электроэнергии внутри цехов а также для питания некоторых электроприемников расположенных за пределами цеха на территории предприятия. Схема внутрицеховой сети определяется технологическим процессом производства планировкой помещений цеха взаимным расположением источника питания подстанций и приемников электроэнергии их единичной установленной...
52837. Электричество. Учись быть бережливым 307 KB
  Даже страшно подумать об этом Что случилось бы если бы исчез свет Ответы детей. Если б солнечный свет вдруг бы взял и пропал Мир бы сразу угрюмым и темным весь стал Тьма покрыла бы всё на планете Даже звезды с луною не светят. Солнце звезды запомните это Называют естественными источниками света. И без них день бы в ночь превратился навек Разве сможет без света прожить человек А животные птицы растенья цветы.