直線生成演算法

2021-09-07 05:03:58 字數 2802 閱讀 7189

所謂圖元的生成,是指完成圖元的引數表示形式(由圖形軟體包的使用者指定)到點陣表示形式(光柵顯示系統重新整理時所需的表示形式)的轉換。通常也稱掃瞄轉換圖元。

直線的掃瞄轉換:確定最佳逼近於該直線的一組畫素,並且按掃瞄線順序對這些畫素進行寫操作。

三個常用演算法:1、數值微分法dda;2、中點畫線法;3、bresenham演算法。

生成目標,求與直線段充分接近的畫素集

生成前提條件:1、畫素網格均勻,座標為整數值;2、直線段的寬度為1;3、直線段的斜率k的取值範圍為[-1,1]。

已知過端點p0 (x0, y0), p1(x1, y1)的直線段l:y=kx+b直線斜率為

計算yi+1 = kxi+1+b                                   

= k1xi+b+kdx

= yi+kdx                            當dx =1; yi+1 = yi+k 。

對應關係如下圖所示:

當前畫素點為p(xp, yp) ,下乙個象素點為p1或p2。設m=(xp+1, yp+0.5),為p1與p2的中點,q為理想直線與x=xp+1垂線的交點。將q與m的y座標進行比較。

如下圖所示:

當m在q的下方,則p2應為下乙個象素點;

當m在q的上方,應取p1為下一點。

構造判別式:d=f(m)=f(xp+1,yp+0.5) = a(xp+1)+b(yp+0.5)+c

其中a=y0-y1, b=x1-x0, c=x0y1-x1y0

當d<0,m在l(q點)下方,取右上上方pu為下乙個畫素;

當d>0,m在l(q點)上方,取右方pd為下乙個畫素;

當d=0,選p1或p2均可,約定取pd為下乙個畫素;

d是xp, yp的線性函式,因此可採用增量計算,提高運算效率。初值d0=f(x0+1, y0+0.5)=a+0.5b。

(1) 若當前象素處於d>=0情況,則取正右方畫素pd(xp+1, yp), 要判下乙個畫素位置,應計算:di+1=f(xp+2, yp+0.5)=a(xp+2)+b(yp+0.5)=d+a; 增量為a。

(2) 若d<0時,則取右上方畫素pu(xp+1, yp+1)。要判斷再下一畫素,則要計算:di+1= f(xp+2, yp+1.5)=a(xp+2)+b(yp+1.5)+c=d+a+b ;增量為a+b。

畫線從(x0, y0)開始,d的初值

d0=f(x0+1, y0+0.5)=f(x0, y0)+a+0.5b =a+0.5b。

可以用2d代替d來擺脫小數,提高效率。

用中點畫線法畫出p0(0,0) ,p1(5,2)的直線。

首先構造出判別式:d = a(xp+1)+b(yp+0.5)+c。其中a = y0 - y1 = -2,b = x1 - x0 = 5,c = x0y1 - x1y0 = 0。ixi

yid10

00.521

0-1.532

11.543

1-0.554

22.5

用座標表示,下圖:

過各行各列象素中心構造一組虛擬網格線。按直線從起點到終點的順序計算直線與各垂直網格線的交點,然後根據誤差項的符號確定該列象素中與此交點最近的象素。

設直線方程為:

,其中k=dy

/dx。 因為直線的起始點在象素中心,所以誤差項d的初值d0=0。

x下標每增加1,d的值相應遞增直線的斜率值k,即d=d+k。一旦d≥1,就把它減去1,這樣保證d在0、1之間。

當d≥0.5時,最接近於當前象素的右上方象素(xi+1,yi+1)

當d<0.5時,更接近於右方象素(xi+1,yi)。

為方便計算,令e=d-0.5,e的初值為-0.5,增量為k。

當e≥0時,取當前象素(xi,yi)的右上方象素(xi+1,yi+1);

當e<0時,更接近於右方象素(xi+1,yi)。

用bresenham演算法畫出p0(0,0) ,p1(5,2)的直線。

計算得出斜率k = dy/dx = 0.4。

結果如下表:ix

ye10

0-0.521

0-0.132

10.343

1-0.354

20.165

2-0.5

座標表示:

上述bresenham演算法在計算直線斜率與誤差項時用到小數與除法。可以改用整數以避免除法。由於演算法中只用到誤差項的符號,因此可作如下替換

這樣e』的初值是-dx,由於k=dy/dx,所以e』的增量就變為2*dy。

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