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OpenGL掃描線填充演算法詳解

阿新 • • 發佈：2020-02-20

本文例項為大家分享了OpenGL掃描線填充演算法，供大家參考，具體內容如下

說明

把最近一系列的圖形學經典演算法實現了一下。課業繁忙，關於該系列的推導隨後再寫。但是在註釋裡已經有較為充分的分析。

分情況討論

注意對於橫線需要特別討論，但是對於垂直線卻不必特別討論。想一想為什麼？

程式碼

#include <iostream>
#include <GLUT/GLUT.h>
#include <map>
#include <vector>
#include <list>
#include <algorithm>
using namespace std;
int hmin,hmax;         //記錄掃描線開始和結束的位置
struct Line {         //定義線段的結構體
 float dx,x,y,ym;       //不用記錄K直接記錄dx和x即可
 Line(float x1,float y1,float x2,float y2) {
  if(y1==y2){        //單獨討論橫直線的情況
   this->y = y1;
   this->ym = y1;
   if(x1 < x2){
    dx = x1; x = x2;
   }else{
    dx =x2;x = x1;}
  }else if(y2<y1){      //選擇靠上者的x值
   this -> x = x2;     //記錄上方的x值一方便處理關鍵時刻（用於插入AET排序）
   this ->y = y2;      //記錄上方的y值，用於排序
   this -> ym = y1;     //靠下者ym
  }else{
   this -> x = x1;
   this ->y = y1;
   this -> ym = y2;
  }
  dx = (x2-x1)/(y2-y1);
 }
};
typedef list<Line> TESTLIST;
vector<vector<Line>> con; //記錄重要事件表（有序），當然這個也可以使用優先佇列
list<Line> AET;     //滾動記錄活動邊表,這裡將
           //該邊表完整儲存的意義不大所以採用滾動儲存的方式
map<int,int> mapper;   //用於資料（y值）離散化處理
int x1,y1,x2,y2;      //描述構成直線的兩個端點
int x0,y0;       //記錄圖形開始位置
float h_min,h_max;    //畫線開始和結束的位置
int flag = 1;       //用於記錄使用者點選的次數，單次畫點，雙次畫線。
int if_drawable = 1;    //當用戶再次點選滑鼠時不在更改資訊
int window_size=600;   //這是我們顯示介面的大小
vector<vector<Line>> con2;
int level = 1;
/*
 操作說明：演算法沒有嚴格的圖形繪製檢查。僅為了圖形學演算法的演示。
 您使用滑鼠【左鍵】進行繪製點，請您保證沒有線是交叉的。
 當您點選滑鼠【右鍵】繪製最後一個點。系統會自動將其與起始點相連。
 整體思路描述：使用map將y的值離散化，用有序表記錄“關鍵事件”主要
 是加入邊（一條或者兩條）刪除邊操作。在用一個滾動的活動邊表進行遍歷畫線。
 */
void show_v(Line a){
 /*
  函式說明：顯示點的資訊
  */
 cout << "(" <<a.x << "," << a.y <<")";
 cout << " (" <<a.dx<<")" << "下限："<<a.ym;
 cout << "  --  "<<endl;
}
bool higher(const vector<Line> & l1,const vector<Line>& l2) {
 //將關鍵事件表中的line按照y值進行排序；
 //注意我們的畫布是從上到下不斷遞增從左到右不斷遞增
 return l1[0].y < l2[0].y;//可以保證一定至少有一個不然map不會對映到
}
bool AET_lefter(const Line & l1,const Line & l2) {
 //將AET表中的line按照x值進行排序；
 return l1.x < l2.x;//可以保證一定至少有一個不然map不會對映到
}
bool lefter(const Line & l1,const Line & l2) {
 /*
  函式說明：將關鍵事件表中的line按照x值以及dx進行排序；
 */
 if(l1.x < l2.x){
  return 1;
 }else if (l1.x == l2.x){
  if(l1.dx<0&&l2.dx>0)
   return 1;
  else
   return 0;
 }else
  return 0;
}
void sort_con(){
 /*
  函式說明：對關鍵事件表進行排序處理
  其中y從小到大遞增，x方向按照斜率和x大小由左到右排序
  */
 for (int i = 0 ; i < con.size(); i++)
  if (con[i].size()>=2)
   sort(con[i].begin(),con[i].end(),lefter);
 for (int i = 0;i < con.size(); i++) {
  vector<Line> a;
  for (int j =0; j < con[i].size(); j++)
   a.push_back(con[i][j]);
  con2.push_back(a);     //這裡將事件表進行拷貝，另一種方式是將map的對映對應改變
 }
 sort(con.begin(),con.end(),higher);
}
void draw_lines(float x1,float y2){
 glBegin(GL_LINES);
 glColor3f(1.0,1.0,0.0);
 glVertex2f(x1,window_size-y1);
 glVertex2f(x2,window_size-y2);
 glEnd();
 glFlush();
}
void show_con(){
 //輸出排序後的關鍵事件表
 for (int i = 0; i < con.size(); i++) {
  cout <<"number : "<<i <<endl;
  for (int j = 0; j < con[i].size(); j++) {
   vector<Line> a = con[i];
   show_v (a[j]);
  }cout <<"================"<<endl;
 }
}
void lines_filling(){       //真正的掃描線填充過程
 if (con.empty())       //為了展示過程細節，部分功能沒有使用函式ti
  return;
 int h_leveler = 0;       //高度遍歷器
 map<int,int>::iterator iter;    //定義一個迭代指標iter
 for(h_leveler = h_min;h_leveler <= h_max;h_leveler++){//開始掃描
  int id = mapper[h_leveler];
  if (!id) {         //說明沒有到達關鍵節點，我們只需要進行繪製和更新即可；
   float xx = 0.0; flag = 1;  //flag用於控制每兩組畫一次線
   for(list<Line> ::iterator it=AET.begin();it!=AET.end();)
   { if (flag%2==0) {   //該畫線了！
     draw_lines(xx,h_leveler,it->x,h_leveler);
     for (TESTLIST::iterator pl = AET.begin(); pl != AET.end();)
      if (pl->ym == h_leveler)
       AET.erase(pl++);
      else
       pl++;    //這個負責刪除的for迴圈在畫線後執行可以避免留白情況
     it->x = it->x +it->dx;
    }else{
     if (it->y == it->ym) {
      xx = x1;
     }else{
     xx =it->x;
     it->x = it->x +it->dx;
     }
    }flag++;it++;}
  }else{         //如果到了關鍵事件，那麼加線、去線
   list<Line> ::iterator it;
   float xx = 0.0;int counter = 1;
   for(it=AET.begin();it!=AET.end();it++)
   { Line temp= *it;
    if (counter%2==0)   //該畫線了！
     draw_lines(xx,temp.x,h_leveler);
    else
     xx =temp.x;     //刪除邊前先畫好線避免留白
    counter++;
   }
   for (TESTLIST::iterator it = AET.begin(); it != AET.end();)
    if (it->ym == h_leveler)
     AET.erase(it++);
    else
     it++;       //關鍵時間刪除邊
   for (int i =0 ; i < con2[id-1].size(); i++)
    if (con2[id-1][i].y == con2[id-1][i].ym)
     continue;     //如果是橫線直接不用新增該橫線
    else
     AET.push_back(con2[id-1][i]);
   AET.sort(AET_lefter);   //維持滾動活動邊表的有序性
  }}}
void InitEnvironment()      //對環境進行初始化操作
{ glClearColor(0.0,0.0,0);
 glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 glPointSize(7);
 glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
 glLoadIdentity();
 gluOrtho2D(0,window_size,window_size);
}
void myDisplay(void)
{ glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
 glFlush();
}
void OnMouse(int button,int state,int x,int y)
/*
 函式說明：進行使用者互動的操作
 每兩個點一組進行操作。設定左鍵、右鍵手勢動作
 */
{if(button==GLUT_LEFT_BUTTON&&state==GLUT_DOWN&&if_drawable)
 {if (flag ==1 &&if_drawable) {
   glColor3f(1,0);
   glBegin(GL_POINTS);
   glVertex2f(x,window_size-y);
   x0 = x;y0 =y;
   x1 = x;y1 = y;
   h_min = y0;
   h_max = y0;
   glEnd();
   glFlush();
   flag++;
  }else{
   glColor3f(1,window_size-y);
   glEnd();
   x2 = x;y2 = y;
   glBegin(GL_LINES);
   glColor3f(1.0,0.0);
   glVertex2f(x1,window_size-y1);
   glVertex2f(x2,window_size-y2);
   if (y1 !=y2) {
    Line a(x1,y2);
   int r_y = min (y1,y2);
    if (y1 < h_min)
     h_min = y1;
    if (y2 < h_min)
     h_min = y2;
    if (y1 > h_max)
     h_max = y1;
    if (y2 >h_max)
     h_max = y2;
   int pos = mapper[r_y];
   if (pos==0) {   //說明該變數還沒有離散化
    mapper[r_y] = level++;
    vector<Line> lines;
    lines.push_back(a);
    con.push_back(lines);}
   else
    con[pos-1].push_back(a);
   }
   x1 = x2; y1 = y2;
   glEnd();
   glFlush();
  }
 }
 if(button==GLUT_RIGHT_BUTTON&&state==GLUT_DOWN&&if_drawable)
 { //點選右鍵
  glColor3f(1,0);
  glBegin(GL_POINTS);
  glVertex2f(x,window_size-y);
  glEnd();
  x2 = x;y2 = y;
  glBegin(GL_LINES);
  glColor3f(1.0,0.0);
  glVertex2f(x1,window_size-y1);
  glVertex2f(x2,window_size-y2);
  Line a(x1,y2);
  int r_y = min (y1,y2);
  int pos = mapper[r_y];
  if (pos==0) {   //說明該變數還沒有離散化
   mapper[r_y] = level++;
   vector<Line> lines;
   lines.push_back(a);
   con.push_back(lines);}
  else
   con[pos-1].push_back(a);
  glEnd();
  glFlush();
  glBegin(GL_LINES);
  glColor3f(1.0,0.0);
  glVertex2f(x0,window_size-y0);
  glVertex2f(x2,window_size-y2);
  glEnd();
  glFlush();
  Line aa(x0,y0,y2);
  r_y = min (y0,y2);
  pos = mapper[r_y];
  if (pos==0) {   //說明該變數還沒有離散化
   mapper[r_y] = level++;
   vector<Line> lines;
   lines.push_back(aa);
   con.push_back(lines);}
  else
   con[pos-1].push_back(aa);
  sort_con();
  lines_filling();
  if_drawable = 0;
 }
}

int main(int argc,char *argv[])
{ glutInit(&argc,argv); //初始化GLUT
 glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);
 glutInitWindowPosition(300,100);
 glutInitWindowSize(window_size,window_size);
 glutCreateWindow("hw2_filling_line");
 InitEnvironment(); //初始化
 glutMouseFunc(&OnMouse); //註冊滑鼠事件
 glutDisplayFunc(&myDisplay); //回撥函式
 glutMainLoop(); //持續顯示，當視窗改變會重新繪製圖形
 return 0;
}

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支援我們。

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