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[计算机图形学]多边形扫描转换算法

时间:2020-03-09 17:37:57      阅读:90      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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多边形的表示

  • 顶点表示。只要得到顶点再连线即可。如果是凸多边形由点集极角排序即可,其他情况不太了解
  • 点阵表示。需要判断哪些属于内部点

本文主要讨论点阵表示

其实主要是PPT的copy,但是复制一遍确实印象深刻一点??

1.逐点判断法

即一个个点判断是不是属于图形内部,主要方法是射线法。

从待判断点发出射线,设与多边形交点个数为\(k\)

  • \(k\)与多边形边的交点若为奇数,在内部;若为偶数,则该点在外部

技术图片

  • 特殊情况:

    • 该点在边上,要先特判该点是不是边上一点
    • 射线在边上,会有无数个点,要特断射线是否与边同线
    • 交点为顶点,如果异测是1个,同侧算0个或2个

技术图片

判断点的实现代码(ACM):https://www.cnblogs.com/muyefeiwu/p/11260366.html

这个算法的特点是复杂度高

改进:利用内部点的连续性

2.扫描线算法

基本思路

  • 扫描线一般取平行于\(X\)轴的直线区间是指扫描线与边的交点
  • 将扫描线与边的交点按\(x\)坐标从小到大排序
  • 交点两两配对(交点个数为偶数),填充区间

连贯性

(1)边的连贯性(Edge Coherence)—优化交点计算

  • 某条边与当前扫描线相交,也可能与下一条扫描线相交

  • \(L_1\)与边AE和AB相交,下条扫描线\(L_2\)也与边AE和AB相交。

(2)扫描线的连贯性(Scan-line Coherence) )—优化交点排序

  • 当前扫描线与各边的交点顺序与 下一条扫描线与各边的交点 顺序可能相同或类似

  • 如点1,2的次序与点3,4的次序

(3)区间的连贯性(Span Coherence)

  • 同一区间上的像素取同一颜色属性

  • 如点3和点4之间的线段

技术图片

交点计算

由扫描线\(y=e\)与多边形的交点递推计算扫描线 \(y=e+1\)的交点

  • 第一类交点:位于同一条边上的后继交点—如\(I_0,I_2,I_4\) : $x’=x+\frac{1}{m} $

  • 第二类交点:边与扫描线的第一个交点—如\(I_3 , I_1\) : 就是边的下端点

技术图片

  • 水平边不参与计算交点

算法数据结构

一、边的分类表\(ET\)(Edge Table)

技术图片

  • 按照边的下端点,对非水平边进行分类的链表
  • 下端点\(y\)坐标值等于\(i\)的边属于第i类,同类中有多条边时按\(x\)从小到大排序(\(x\)也一样时按边上端点的\(x\)值)
struct ET{
    int ymax;     //边的上端点的y坐标值
    float x;      //边的下端点的x坐标
    float deltax; //边的斜率的倒数
    ET *nextEdge; //下一条边的指针
}edga[N];         //每条扫描线对应一条链表

技术图片

其中edga[0],edga[2],edga[3],edga[6],edga[8]因为没有与边的下端点相交,所以为空

数据结构对应相关方法:

  • deltax:用于递推计算交点$x’=x+\frac{1}{m} $
  • ymax: 当扫描线 y = e + 1 == ymax,说明下 一条扫描线与此边不相交。

二、活性边表\(AEL\)(Active Edge List)

  • 结构定义与\(ET\)表是一样的

  • x的含义不一样:当前扫描线与边的交点的\(x\)坐标

  • 作用:存储与当前扫描线的交点,同时快速计算下一条扫描线与多边形相交的点,且可判断边是否与下一条扫描线相交

  • 实例

技术图片

\(Y=7\)的时候\(ET\)表不为空,所以就将\(ET\)表中的边插入到\(AEL\)表中


算法过程

  • 先建立\(ET\)表,扫描线从下往上扫,即设置一个指针\(p\),从\(y_{min}\)开始
  • 如果此时的\(ET\)表不为空,就将表中元素取出插入到\(AEL\)中,插入排序
  • \(AEL\)表中的元素两两配对,获得填充区段,再填充
  • p++
  • \(AEL\)中满足\(y = y_{max}\)边删去 因为每条边被看作下闭上开的
  • \(AEL\)中剩下的每一条边的\(x\)递增\(deltax\),即\(x = x+deltax\)
  • 直到\(ET\)表和\(AEL\)表都为空,算法结束

[计算机图形学]多边形扫描转换算法

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原文地址:https://www.cnblogs.com/smallocean/p/12449768.html

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