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【计算机图形学 】扫描线多边形填充算法 | OpenGL+鼠标交互

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前言

实现多边形扫描线填充算法，并和鼠标进行交互。
具体原理略过，会贴上完整代码，可直接运行。

环境：
vs2019,OpenGL的库（可以搜索如何用vs使用OpenGL的库，可以使用vs自带的插件或者其他方法，很方便）

要点：
1.NET和AET的创建，改动
2.改变鼠标点击和鼠标拖拽的响应事件。

最终效果：
用鼠标随意画顶点，然后展示填充过程
对应控制台会输出顶点坐标和个数
请添加图片描述

思路借鉴

文章1
文章2

步骤

1.点的结构体

structpoint{float x, y;point(){}point(int xx,int yy):x(xx),y(yy){}};
vector<point> vertice;//顶点

2. AET 活性边表、NET新边表 的结构体

typedefstructXET{float x;float dx;// 从当前扫描线到下一条扫描线间x的增量，即斜率的倒数float ymax;//该边所交的最高扫描线的坐标值ymax
    XET* next;}AET, NET;//AET 活性边表； NET新边表

3. 扫描线算法实现

voidPolyScan(){/*得到最高点的y坐标*/int Max_Y =0;for(int i =0; i < vertice.size(); i++)/*Max_Y = max(Max_Y, vertice[i].y);*/if(vertice[i].y > Max_Y)
            Max_Y = vertice[i].y;//初始化AET表
    AET* pAET =new AET;
    pAET->next =NULL;//初始化NET表
    NET* pNET[800];//吊桶for(int i =0; i <= Max_Y; i++){
        pNET[i]=new NET;
        pNET[i]->next =NULL;;}//扫描并且建立NET表int len = vertice.size();//顶点个数for(int i =0; i <= Max_Y; i++){for(int j =0; j < len; j++)//扫描每个点{if(i == vertice[j].y){//如果一个点和前一个点有一条边相连，则该点和后面一个点也相连//！这个式子 便于最后一个顶点和第一个点相连 和 防止出现负数//判断当前点的高低，使ymax、DX、DY的计算有变化if(vertice[(j -1+ len)% len].y > vertice[j].y){//前一个点在当前点的上方
                    NET* p =new NET;
                    p->x = vertice[j].x;
                    p->ymax = vertice[(j -1+ len)% len].y;//与当前扫描线相交的活性边 的 最高点即为相邻顶点的yfloat DX = vertice[(j -1+ len)% len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j -1+ len)% len].y - vertice[j].y;
                    p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数
                    p->next = pNET[i]->next;
                    pNET[i]->next = p;}if(vertice[(j +1)% len].y > vertice[j].y){//后一个点在当前点的上方
                    NET* p =new NET;
                    p->x = vertice[j].x;
                    p->ymax = vertice[(j +1)% len].y;float DX = vertice[(j +1)% len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j +1)% len].y - vertice[j].y;
                    p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数
                    p->next = pNET[i]->next;
                    pNET[i]->next = p;}}}}//建立并且更新活性边表AET//各条扫描线ifor(int i =0; i <= Max_Y; i++){/*把新边表NET[i] 中的边结点用插入排序法插入AET表，使之按x坐标递增顺序排列*///计算每条扫描线上不同线产生的新的交点x，更新AET
        NET* p = pAET->next;while(p){
            p->x = p->x + p->dx;//更新x坐标
            p = p->next;}//断表排序,不再开辟空间 
        AET* tq = pAET;
        p = pAET->next;
        tq->next =NULL;while(p)//顺着链表往下走{//找到第一个比它大的数字tq->next->next->x，则从p->next到tq->next都是比p->x小的while(tq->next !=NULL&& tq->next->x <= p->x)
                tq = tq->next;//插入p到tq和tq->next之间
            NET* t = p->next;
            p->next = tq->next;
            tq->next = p;
            p = t;

            tq = pAET;//回到头}/*(改进算法) 取消求交，减少计算量*///先从AET表中删除ymax==i的结点****************************************///像素的取舍问题，保证多边形的“下闭上开”，避免填充扩大化（交点的个数应保证为偶数个）
        AET* q = pAET;
        p = q->next;while(p){if(p->ymax == i){
                q->next = p->next;delete p;
                p = q->next;}else{
                q = q->next;
                p = q->next;}}//若NET中有新点，将其用插入法插入AET，按x递增的顺序排列
        p = pNET[i]->next;
        q = pAET;while(p){while(q->next && p->x >= q->next->x)
                q = q->next;//插入p
            NET* t = p->next;
            p->next = q->next;
            q->next = p;
            p = t;

            q = pAET;//回到头}//配对后填充颜色
        p = pAET->next;while(p && p->next !=NULL){for(float j = p->x; j <= p->next->x; j++){//扫描线画点draw_a_point(j, i);//cout << "(" << j << ", " << i << ")" << endl;}
            p = p->next->next;//考虑端点情况}}glFlush();}

4. 改变鼠标响应函数

voidmymouse(int button,int state,int x,int y){//左键if(button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){draw_a_point(x, window_height - y);

        point p(x, window_height - y);
        vertice.push_back(p);
        cout <<"顶点"<< vertice.size()<<": ("<< x <<", "<< window_height - y <<")"<< endl;}//右键if(button == GLUT_RIGHT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){glClearColor(1,1,1,1);//设置绘制窗口颜色为白色glColor3f(0,1,1);//绘制多边形glBegin(GL_LINES);for(int i =0; i < vertice.size(); i++){if(i == vertice.size()-1)//画完最后一个点，使其闭合{glVertex2f(vertice[0].x, vertice[0].y);glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);}else{glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);glVertex2f(vertice[i +1].x, vertice[i +1].y);}}glEnd();glFlush();}//鼠标中间if(button == GLUT_MIDDLE_BUTTON && state == GLUT_DOWN){//cout << "center: (" << x << ", " << y << ")" << endl;//BoundaryFill4(x, window_height - y);//BoundaryFill4_Stack(x, window_height - y);

        cout <<"多边形顶点个数为"<< vertice.size()<<"。 "<<"开始扫描线填充。"<< endl;PolyScan();}}

完整代码

//扫描线算法#include<iostream>#include<gl/glut.h>#include<algorithm>#include<vector>#include<stack>#include<queue>usingnamespace std;constint window_width =800, window_height =600;constint maxn =99999;structpoint{float x, y;point(){}point(int xx,int yy):x(xx),y(yy){}};
vector<point> vertice;//顶点typedefstructXET{float x;float dx;// 从当前扫描线到下一条扫描线间x的增量，即斜率的倒数float ymax;//该边所交的最高扫描线的坐标值ymax
    XET* next;}AET, NET;//AET 活性边表； NET新边表voiddraw_a_point(int x,int y);voidPolyScan();voidmymouse(int button,int state,int x,int y);voiddisplay();intmain(int argc,char* argv[]){glutInit(&argc, argv);glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);glutInitWindowPosition(100,50);glutInitWindowSize(window_width, window_height);glutCreateWindow("扫描线填充");glMatrixMode(GL_PROJECTION);glLoadIdentity();gluOrtho2D(0, window_width,0, window_height);glClearColor(1,1,1,1);glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glutMouseFunc(&mymouse);glutDisplayFunc(&display);glutMainLoop();return0;}//画点函数voiddraw_a_point(int x,int y){glBegin(GL_POINTS);glColor3f(0,1,1);glVertex2f(x, y);glEnd();glFlush();}voidPolyScan(){/*得到最高点的y坐标*/int Max_Y =0;for(int i =0; i < vertice.size(); i++)/*Max_Y = max(Max_Y, vertice[i].y);*/if(vertice[i].y > Max_Y)
            Max_Y = vertice[i].y;//初始化AET表
    AET* pAET =new AET;
    pAET->next =NULL;//初始化NET表
    NET* pNET[800];//吊桶for(int i =0; i <= Max_Y; i++){
        pNET[i]=new NET;
        pNET[i]->next =NULL;;}//扫描并且建立NET表int len = vertice.size();//顶点个数for(int i =0; i <= Max_Y; i++){for(int j =0; j < len; j++)//扫描每个点{if(i == vertice[j].y){//如果一个点和前一个点有一条边相连，则该点和后面一个点也相连//！这个式子 便于最后一个顶点和第一个点相连 和 防止出现负数//判断当前点的高低，使ymax、DX、DY的计算有变化if(vertice[(j -1+ len)% len].y > vertice[j].y){//前一个点在当前点的上方
                    NET* p =new NET;
                    p->x = vertice[j].x;
                    p->ymax = vertice[(j -1+ len)% len].y;//与当前扫描线相交的活性边 的 最高点即为相邻顶点的yfloat DX = vertice[(j -1+ len)% len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j -1+ len)% len].y - vertice[j].y;
                    p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数
                    p->next = pNET[i]->next;
                    pNET[i]->next = p;}if(vertice[(j +1)% len].y > vertice[j].y){//后一个点在当前点的上方
                    NET* p =new NET;
                    p->x = vertice[j].x;
                    p->ymax = vertice[(j +1)% len].y;float DX = vertice[(j +1)% len].x - vertice[j].x;float DY = vertice[(j +1)% len].y - vertice[j].y;
                    p->dx = DX / DY;//dx为直线斜率的倒数
                    p->next = pNET[i]->next;
                    pNET[i]->next = p;}}}}//建立并且更新活性边表AET//各条扫描线ifor(int i =0; i <= Max_Y; i++){/*把新边表NET[i] 中的边结点用插入排序法插入AET表，使之按x坐标递增顺序排列*///计算每条扫描线上不同线产生的新的交点x，更新AET
        NET* p = pAET->next;while(p){
            p->x = p->x + p->dx;//更新x坐标
            p = p->next;}//断表排序,不再开辟空间 
        AET* tq = pAET;
        p = pAET->next;
        tq->next =NULL;while(p)//顺着链表往下走{//找到第一个比它大的数字tq->next->next->x，则从p->next到tq->next都是比p->x小的while(tq->next !=NULL&& tq->next->x <= p->x)
                tq = tq->next;//插入p到tq和tq->next之间
            NET* t = p->next;
            p->next = tq->next;
            tq->next = p;
            p = t;

            tq = pAET;//回到头}/*(改进算法) 取消求交，减少计算量*///先从AET表中删除ymax==i的结点****************************************///像素的取舍问题，保证多边形的“下闭上开”，避免填充扩大化（交点的个数应保证为偶数个）
        AET* q = pAET;
        p = q->next;while(p){if(p->ymax == i){
                q->next = p->next;delete p;
                p = q->next;}else{
                q = q->next;
                p = q->next;}}//若NET中有新点，将其用插入法插入AET，按x递增的顺序排列
        p = pNET[i]->next;
        q = pAET;while(p){while(q->next && p->x >= q->next->x)
                q = q->next;//插入p
            NET* t = p->next;
            p->next = q->next;
            q->next = p;
            p = t;

            q = pAET;//回到头}//配对后填充颜色
        p = pAET->next;while(p && p->next !=NULL){for(float j = p->x; j <= p->next->x; j++){//扫描线画点draw_a_point(j, i);//cout << "(" << j << ", " << i << ")" << endl;}
            p = p->next->next;//考虑端点情况}}glFlush();}voidmymouse(int button,int state,int x,int y){//左键if(button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){draw_a_point(x, window_height - y);

        point p(x, window_height - y);
        vertice.push_back(p);
        cout <<"顶点"<< vertice.size()<<": ("<< x <<", "<< window_height - y <<")"<< endl;}//右键if(button == GLUT_RIGHT_BUTTON && state == GLUT_DOWN){glClearColor(1,1,1,1);//设置绘制窗口颜色为白色glColor3f(0,1,1);//绘制多边形glBegin(GL_LINES);for(int i =0; i < vertice.size(); i++){if(i == vertice.size()-1)//画完最后一个点，使其闭合{glVertex2f(vertice[0].x, vertice[0].y);glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);}else{glVertex2f(vertice[i].x, vertice[i].y);glVertex2f(vertice[i +1].x, vertice[i +1].y);}}glEnd();glFlush();}//鼠标中间if(button == GLUT_MIDDLE_BUTTON && state == GLUT_DOWN){//cout << "center: (" << x << ", " << y << ")" << endl;//BoundaryFill4(x, window_height - y);//BoundaryFill4_Stack(x, window_height - y);

        cout <<"多边形顶点个数为"<< vertice.size()<<"。 "<<"开始扫描线填充。"<< endl;PolyScan();}}voiddisplay(){glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);glColor3f(0.0,0.4,0.2);glPointSize(1);glBegin(GL_POINTS);PolyScan();glEnd();glFlush();}

总结

扫描线算法部分，建立NET 和 建立并且更新活性边表AET 这两个地方比较复杂，可以带入图中多想

标签： 计算机视觉 opencv
本文转载自: https://blog.csdn.net/Rover95/article/details/120801961
版权归原作者 Timer95 所有， 如有侵权，请联系我们删除。
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