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

32786. Изучение законов колебания математического и физического маятников 251.5 KB
  Определить положение центра масс физического маятника. Отклонение маятника от положения равновесия будем характеризовать углом образованным нитью с вертикалью рис. При отклонении маятника от положения равновесия возникает вращательный момент силы тяжести равный по модулю произведению силы mg на её плечо = l sin : M = mgl sin где m масса; l длина маятника. 1 Напишем для маятника уравнение динамики вращательного движения обозначив угловое...
32787. Происхождение, сущность и социальные функции науки 15.93 KB
  Наука исторически сложившаяся форма духовнопрактического освоения мира направленная на познание и преобразование объективной действительности. Понятие наука имеет несколько аспектов: 1 система знаний 2 их духовное производство 3 практическая деятельность на их основе4 социальный институт. Этот аспект подчеркивает социальную сущность науки: наука как социальный институт представляет собой систему взаимосвязей между научными коллективами организациями членами научных сообществ а также систему норм и ценностей. Наука прошла...
32788. Особенности научного познания 14.79 KB
  Особенности научного познания. Цель научного познания открытие объективных законов природы общества мышления постижение сущности изучаемых явлений. Объективность адекватное отражение действительности не зависящее от субъекта познания. Наличие методологии познания.
32789. Уровни и методы научного познания 14.54 KB
  Уровни и методы научного познания. В научном познании используются разнообразные методы. Метод греч. Учение о методах методология ее предметом является обоснование методов исследование их эффективности особенностей применения в различных областях знания.
32790. Диалектика, её исторические формы. Диалектика и метафизика 15.42 KB
  Диалектика и метафизика. диалектика это учение о всеобщих связях и закономерностях развития природы общества и мышления а также основанный на этом учении метод познания. Диалектика как теория и метод познания в своем историческом развитии прошла несколько этапов. Наивная или стихийная диалектика античности.
32791. Общее понятие о философии. Исторические основания возникновения философии. Дофилософские мировоззренческие системы и их роль в формировании философии 15.71 KB
  Философия зародилась около 25 тыс. Термин философия был введен Пифагором и дословно означал любовь к мудрости phileo любовь sophi мудрость. Философия все больше превращалась в обобщенную систему знаний о мире задачей которой являлось дать ответы на наиболее общие глубинные вопросы о природе обществе человеке. Философия это форма духовной деятельности человека форма общественного сознания направленная на осмысление коренных мировоззренческих вопросов.
32792. Спецефика филосовского знания. Соотношение философии и частных наук. Взаимосвязь философии и медецины 15.26 KB
  Соотношение философии и частных наук. Взаимосвязь философии и медецины. С выделением отдельных наук в самостоятельные области знаний возникает вопрос о соотношении философии и частных наук под частными науками понимаются те которые изучают отдельные области реальности. Роль философии представители данного направления сводят к логическому анализу научного языка; 3антисциентизм ограничивает роль науки решением узко практических задач.
32793. Основной вопрос философии и его 2 стороны. Исторические формы материализма и идеализма 16.65 KB
  Основной вопрос философии и его 2 стороны. Центральная мировоззренческая проблема об отношении человека к миру конкретизируется в философии как вопрос об отношении мышления к бытию об отношении идеального и материального. Этот вопрос является основным вопросом философии т. Крупнейший представитель немецкой классической философии И.
32794. Исторические этапы развития мировой филосовской мысли. Основные филосовские принципы и исторические типы филосовствования 14.95 KB
  В истории философской мысли также выделяются основные типы философствования философского анализа. В античности созерцательный тип философствования проявился в натурфилософии философии природы а в Древнем Китае в принципе недеяния т. 2Умозрительный тип философствования это способ теоретического постижения действительности основанный на отвлеченных логических построениях не связанных с опытными данными. Ярким примером умозрительного типа философствования являются доказательства существования Бога в учении Ф.