计算机图形学-图形变换与裁剪-二维线段裁剪
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计算机图形学中的二维裁剪算法研究计算机图形学研究的是如何在计算机上制图,根据研究对象的不同又分为二维图形学和三维图形学。
二维图形学研究的范畴是点,线,面。
本文就是介绍计算机图形学中的众多基本算法之一的二维剪裁算法。
在二维剪裁算法中,椭圆形窗口线剪裁算法又是应用最为广泛的算法之一,所以将是本文重点论述的对象。
标签:计算机图形学;二维剪裁算法;椭圆形窗口线剪裁算法计算机图形学中的基本算法对于计算机图形学应用于实践有着重要的作用,而且算法需要时时更新才能够发挥出计算机图形学在实践中的作用。
本文对计算机二维剪裁算法进行介绍,并对其中的椭圆窗口线剪裁算法进行着重的研究分析,探讨如何使该算法更加的稳定高效,方便易行。
算法可以指导人们的工作与生活,所以笔者在本文通过坐标分析设计出一个算法以供读者参考。
1 二维剪裁算法的基本介绍剪裁算法是计算机图形学中的基础算法之一。
剪裁在日常生活和工作中的应用十分广泛,最典型的一个应用就是对整体场景中的局部目的物进行剪裁。
剪裁的过程其实就是将场景中的目的物标记圈出来,一般为矩形窗口框圈出。
矩形窗口框为闪动的虚线框,可以根据剪裁的目的物大小随意变换矩形框的大小。
此外具体说来,剪裁算法还有其他的形式。
如:点剪裁,线段剪裁,多边形剪裁,曲线及文字剪裁等。
现在笔者再详细介绍二维剪裁算法。
二维剪裁算法分为两种,一种是对线段的剪裁,一种是对多边形的剪裁。
因为线段和多边形往往是二维平面中的图形,故而使用二维剪裁算法对其进行剪裁。
目前对该领域的研究已经取得了很丰硕的成果,已经有很多成熟也高效实用的二维剪裁算法。
详细地来说,这些经典的算法有Cyrus—berk二维剪裁算法,Cohen—Sutherland二维多边形剪裁算法等等。
2 椭圆形窗口线剪裁算法的简介在计算机图形学中,椭圆形窗口线剪裁算法是十分重要的一种基础算法。
该算法之所以十分重要,笔者总结为两点原因:首先椭圆形是几何图形中最基础的图形之一,其次在我们的日常生活和工作当中有很多地方的剪裁工作是更适合椭圆形的(我们生活与工作之中,很少有标准的圆形目的物去剪裁,更多情况下是不规则的图像剪裁,而椭圆形可以更好的,更多的剪裁出合适的目的物)。
二维线裁剪主要方法在计算机图形学领域,二维线裁剪是一项重要的技术,它被广泛应用于计算机图形学、计算机辅助设计和游戏开发等方面。
二维线裁剪的主要任务是通过对线段进行裁剪,将不在指定区域内的线段部分删除,从而实现对图形的简化和优化。
在本文中,将介绍二维线裁剪的主要方法,包括Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法和梁友栋-差值判断算法,通过对这些方法的介绍,读者可以更加全面地了解二维线裁剪的原理和实现。
Cohen-Sutherland算法Cohen-Sutherland算法是一种用于二维线裁剪的经典算法,它将裁剪区域划分为九个部分,分别对应于裁剪区域的内部、上下左右和四个角落。
在进行裁剪时,首先对线段进行编码,然后根据编码结果和裁剪区域的编码进行比较,通过判断编码结果的变化来确定线段是否在裁剪区域内,如果线段完全在裁剪区域内,则保留整条线段;如果线段完全在裁剪区域外,则删除整条线段;如果线段跨越裁剪区域边界,则对线段进行裁剪,得到部分在裁剪区域内的线段。
Liang-Barsky算法Liang-Barsky算法是另一种常用的二维线裁剪算法,它通过参数化的方式对线段进行裁剪。
算法首先计算线段与裁剪区域边界的交点,并根据线段在裁剪区域内的参数化表示来确定线段的裁剪结果。
通过参数化的方式,Liang-Barsky算法能够高效地计算出线段与裁剪区域的交点,并对线段进行裁剪,从而实现对线段的快速剪裁。
梁友栋-差值判断算法梁友栋-差值判断算法是一种基于差值判断的二维线裁剪算法,它通过计算线段与裁剪区域边界的差值来判断线段的裁剪结果。
算法首先计算线段与裁剪区域的交点,并根据线段在裁剪区域内的差值来确定线段的裁剪结果。
通过差值判断的方式,梁友栋-差值判断算法能够高效地计算出线段与裁剪区域的交点,并对线段进行裁剪,从而实现对线段的快速剪裁。
总结以上介绍了三种常用的二维线裁剪算法,它们分别是Cohen-Sutherland算法、Liang-Barsky算法和梁友栋-差值判断算法。
实验六二维裁剪算法Cohen_Sutherland的实现一、实验目的:理解并掌握直线裁剪算法。
使用Visual C++实现二维直线的裁剪的Cohen_Sutherland算法。
对窗口进行编码,并实现相应的裁剪函数。
二、实验内容及要求:1、要求用消息映射的方式,绘制出一个裁剪窗口,大小为200×150象素;2、按照例程的步骤画出3条典型线段,分别对应于完全在裁剪窗口内、完全在裁剪窗口外、穿过裁剪窗口三种情况,并按照本实验例程的方法用颜色分别表示出裁剪后的情况;3、按要求撰写实验报告,写出实验心得,并在实验报告中附上程序的核心算法代码。
三、实验设备:微机,Visual C++6.0四、实验内容及步骤:1、打开VC,新建一个MFC Appwizard项目,选择创建单文档工程(SDI工程)。
假设工程名为Clip。
如图1和图2所示。
图1图22、在图2的界面上点击Finish,完成工程的创建。
3、在视图类ClipView中定义变量CRect rect; 用于记录裁剪窗口的位置;4、在ClipView.cpp文件中定义四个宏,记录裁剪窗口的上下左右四个位置:#define LEFT 100#define RIGHT 300#define TOP 150#define BOTTOM 3105、在视图类的构造函数中为rect赋值;CClipView::CClipView(){// TODO: add construction code hererect = CRect(LEFT, TOP, RIGHT, BOTTOM);}6、在视图类(类CFillView中)的OnDraw()函数中绘制裁剪矩形,OnDraw函数的代码如下:void CClipView::OnDraw(CDC* pDC){CClipDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_V ALID(pDoc);// TODO: add draw code for native data herepDC->Rectangle(&rect);}7、在视图类(类CFillView中)添加成员函数int Encode(int x, int y),该函数用于对线段的两个顶点进行Cohen_Sutherland编码。
计算机图形学的裁剪算法
计算机图形学的裁剪算法是图形学的一种重要算法,它的基本思想是将一个完整的几何图形(如线段、多边形、圆圈等)按照指定的裁剪窗口(矩形)进行裁剪,只保留在窗口内的部分,而把窗口外的部分抛弃掉。
由于裁剪算法的应用非常广泛,像图形显示系统、图形设备接口(GDI)和图形处理器(GPU)等都广泛使用裁剪算法。
计算机图形学的裁剪算法可以分为两种:2D裁剪算法和
3D裁剪算法。
2D裁剪算法是基于二维空间的,它将一个几何
图形投影到一个平面上,然后按照指定的窗口裁剪;而3D裁
剪算法是基于三维空间的,它将一个几何图形投影到一个三维空间,然后按照指定的窗口裁剪。
2D裁剪算法的基本步骤如下:首先,将要裁剪的几何图
形投影到平面上;其次,计算出投影后的几何图形以及裁剪窗口之间的交点;最后,将裁剪窗口内的部分保留,而把窗口外的部分抛弃掉。
3D裁剪算法的基本步骤如下:首先,将要裁剪的几何图
形投影到三维空间;其次,计算出投影后的几何图形以及裁剪窗口之间的交点;最后,将裁剪窗口内的部分保留,而把窗口外的部分抛弃掉。
计算机图形学的裁剪算法在图形处理中有着重要的作用,它不仅能够有效减少图形处理时间,而且还可以节约存储空间。
此外,它还可以有效提高图形处理效率,提高图形显示效果。
但是,它也存在着一定的局限性,比如,当几何图形的运动变得复杂时,它就会变得费时费力,这就对性能产生了一定的影响。
总之,计算机图形学的裁剪算法是图形学的重要算法,它的应用非常广泛,在图形处理中有着重要的作用。
虽然它也存在着一定的局限性,但是它仍然是一种有效的图形处理算法。
计算机图形学中二维裁剪算法的研究随着计算机技术的发展,计算机图形学也日益成熟。
在我们的日常生活中,也成了随处可见的必需部分。
在医学、娱乐、图形艺术、商业、教育培训、科学工程等众多领域,计算机图形学的应用非常普遍。
计算机图形学主要研究的是在计算机中构造图形,将用数学模型描述的图形数据采用合适的算法转换为屏幕上图形的显示。
计算机图形学学科研究的对象为二维图形学和三维图形学及其显示和变化情况。
点、线、面为二维图形学范畴,几何体和场等数学构造方法则为三维图形学范畴。
现在,计算机图形学的一些基本算法已经形成了固化在硬件中的规范软件包,这个学科也日趋成熟和完善。
但是依然有很多算法还需要不断的改进才能应用到实际中,而裁剪算法就是其中之一。
本文主要对二维图形裁剪中的椭圆形窗口裁剪算法进行了研究,使其具有较高的效率和稳定性。
标签:计算机图形学裁剪算法椭圆形窗口线裁剪算法1 裁剪概述裁剪算法,简称裁剪,是计算机图形学中很多重要问题的基础,它就是从数据集合中识别指定区域内或指定区域外图形部分的过程。
裁剪用途很广泛,最典型的就是确定场景中位于指定区域内的景物部分。
其中,指定区域成为裁剪窗口,一般为矩形,由四条边组成,上、下、左、右,即:(Xl,Yb),(Xr,Yt)。
实质上来说,裁剪就是确定哪些多边形等几何体位于裁剪窗口内。
对于点(X,Y),只要判断两对不等式:Xl≤X≤Xr,Yb≤Y≤Yt即可。
如果四个点坐标的不等式都不成立,则这个点在矩形窗口外,否则,在窗口内。
有一种最简单的裁剪方法,就是将所有图形扫描转换成点,然后在进行判断。
但是这种方法时间消耗太大,非常不可取。
倘若将全部在窗口外的图形完全排除而不进行扫描转换,则时间上面可以高效很多,故一般采用先裁剪再扫描的方法。
按裁减对象来分,裁剪算法大概分为如下几种:点裁剪、直线段裁剪、区域多边形裁剪、曲线裁剪和文字裁剪。
裁剪有多方面应用,主要包括:使用实体造型创建对象、在三维视图中标示出可见面、对图形的一部分进行删除、复制或移动操作、防止图形边界混淆、从特定场景中抽取指定部分等。
西北农林科技大学实习报告学院名称:理学院专业班级:姓名:学号:课程:计算机图形学实验报告日期:第十五周实验四二维图形的裁剪一、实验目的1)加深直线段的剪裁算法的理解。
2)熟练掌握一种裁剪算法的编程方法。
二、实验步骤1)分析直线段和矩形窗口的位置关系,选定比较合理算法流程。
2)画出程序流程图。
3)编写程序的源程序。
4)编辑源程序并进行调试。
5)进行特殊模式的运行测试,并结合情况进行调整。
三、实验内容1)在编码算法、中点分割算法、Liang-Barsky算法三种中任选一种作为编程模型。
2)编写直线段裁剪的源程序。
3)建议有能力的学生编写多边形裁剪程序。
4)在计算机上编辑编译运行,实现直线段的裁剪。
原理1.直线和窗口的关系:直线和窗口的关系可以分为如下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:(1)输入直线段的两端点坐标p1(x1,y1),p2(x2,y2),以及窗口的4条边界坐标,y wt ,y wb,y wl,y wr.(2)对p1,p2进行编码,点p1的编码为code1,点p2的编码为code2.(3)若code1| code2=0,对直线p1p2“简取”之,转(6);否则,若code1& code2≠0,对直线段“简弃”之,转(7);当上述两条均不满足时,进行步骤(4)。
(4)确保p1在窗口外部。
若p1在窗口内,则交换p1和p2的坐标值和编码。
(5)根据p1编码从低位开始寻找值为1的地方,从而确定p1在窗口外的哪一侧,然后求出直线段与相应窗口边界的交点S,并用交点S的坐标值替换p1的坐标值,即在交点S处把线段一分为二,因此可以去掉p1S。
计算机科学与技术学院2013-2014学年第一学期《计算机图形学》实验报告班级:110341B班学号:110341228姓名:王陈教师:惠康华成绩:实验项目: 二维裁剪一、实验目的与要求(1)掌握线段裁剪算法原理,并实现其算法。
(2)理解多边形裁剪、字符裁剪算法思想,能编程实现其算法。
二、实验内容(1)实现直线段的标号法、矩形窗口裁剪算法。
(2)参考教材中的算法,用矩形窗口实现多边形的裁剪算法。
三、重要算法分析(一)线段裁剪Cohen-Sutherland算法实验原理:1、线段裁剪生成算法:对于矩形的窗口,任何直线至多只有一段处于该窗口之内,即在此窗口范围内永远不会产生一条直线的两条或更多的可见部分线段。
该算法的基本思想为:对于每条待裁剪的线段分完全在窗口内(此时不需要裁剪,全部显示)、完全在窗口外(此时不需要裁剪,整条线段不显示)、部分在窗口内部分在窗口外三种情况讨论。
将窗口及其周围的八个方向以四位的二进制数进行编码,用来快速判断一条直线段与窗口属于何种关系。
其中全为0的区域为裁剪窗口。
(1) 判断线段两个端点的四位二进制编码,如果全为0,即两端点编码逻辑或运算为0,那么该线段完全位于窗口内,可直接保留;(2) 对两端点的四位二进制编码进行逻辑与运算,若结果不为0,那么整条线段必位于窗口外,可直接舍弃。
(3) 如果以上两种情况皆不是,则这条线段既不能直接保留,也不能直接舍弃,它可能与窗口相交。
此时,需要对线段进行再分割,即找到与窗口边线的一个交点,根据交点位置,赋予四位二进制编码,并对分割后的线段按照一定的顺序(左右下上)进行检查,决定保留、舍弃或再次进行分割。
(4) 重复第三步,直到出现正确的裁剪结果为止。
四、实验结果截图裁剪线段1、双击击鼠标左键,出现要裁剪的线段:如图3-1图3-1 生成裁剪窗口和待裁剪线段2、裁剪后的结果:如图3-2图3-2 裁剪后的结果五、总结与调试经验1、程序初期的结构搭建很重要:在VC中选择MFC APPWizard(exe),建立单文档应用程序,编辑菜单资源,重置ID,添加消息处理函数,建立类向导,最后添加程序代码。