实验三 图形裁剪算法实现.docx
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实验三图形裁剪算法实现
实验三图形裁剪算法实现
实验学时：
2学时
实验类型：
验证型
实验要求：
必修
在使用计算机处理图形信息时，计算机内部存储的图形往往比较大，而屏幕显示的只是图的一部分。
因此需要确定图形中哪些部分落在显示区之内，哪些落在显示区之外，以便只显示落在显示区内的那部分图形。
这个选择过程称为裁剪。
最简单的裁剪方法是把各种图形扫描转换为点之后，再判断各点是否在窗内。
但那样太费时，一般不可取。
这是因为有些图形组成部分全部在窗口外，可以完全排除，不必进行扫描转换。
所以一般采用先裁剪再扫描转换的方法，多边形裁剪示意图，如图1-1所示。
（a）裁剪前（b）裁剪后
图1-1多边形裁剪示意图
直线裁剪
1．直线和窗口的关系
直线和窗口的关系如图1-2所示，可以分为如下3类：
图1-2直线与窗口的关系
（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
以区域编码为基础，将窗口及其周围的8个方向以4bit的二进制数进行编码。
如图1-3所示的编码方法将窗口及其邻域分为5个区域。
（1）内域：
区域（0000）。
（2）上域：
区域（1001，1000，1010）。
（3）下域：
区域（0101,0100,0110）。
（4）左域：
区域（1001,0001,0101）。
图1-3窗口及其邻域的5个区域及与直线的关系
（5）右域：
区域（1010,0010,0110）。
当线段的两个端点的编码的逻辑“与”非零时，线段显然为不可见的。
对某线段的两各端点的区号进行位与运算，可知这两个端点是否同在视区的上、下、左、右。
算法的主要思想是，对每条直线，如P1P2利用以下步骤进行判断：
①对直线两端点P1、P2编码分别记为C1（P1）={a1,b1,c1,d1}，C2（P2）={a2,b2,c2,d2}其中，ai、bi、ci、di取值范围为 {1,0}，i∈{1,2}。
②如果ai=bi=ci=di=0，则显示整条直线，取出下一条直线，返回步骤①；否则，进入步骤③。
③如果| a1–a2 |=1，则求直线与窗上边（y=yw–max）的交点，并删去交点以上部分。
如果| b1–b2 |=1，| c1–c2 |＝1，| d1–d2 |=1，进行类似处理。
④返回步骤①判断下一条直线。
多边形裁剪
多边形裁剪算法的关键在于，通过剪裁，要保持窗口内多边形的边界部分，而且要将窗框的有关部分按一定次序插入多边形的保留边界之间，从而使剪裁后的多边形的边仍然保持封闭状态，以便填色算法得以正确实现，多边形裁剪原理示意图，如图1-4所示。
（a）剪裁的多边形（b）按直线剪裁的多边形（c）按多边形剪裁后的多边形
图1-4多边形裁剪原理示意图1
（1）Sutherland-Hodgman算法思路：
将多边形的各边先相对于窗口的某一条边界进行裁剪，然后将裁剪结果再与另一条边界进行裁剪，如此重复多次，便可得到最终结果。
（2）实现方法：
①设置两个表。
输入顶点表（向量）——用于存放被裁剪多边形的顶点p1–pm。
输出顶点表（线性链表）——用于存放裁剪过程中间结果的顶点q1–qn。
②输入顶点表中各顶点要求按一定顺序排列，一般可采用顺时针或逆时针方向。
③相对于裁剪窗口的各条边界，按顶点表中的顺序，逐边进行裁剪。
（3）具体操作步骤如下：
①Pi若位于边界线的可见一侧，则Pi送给输出顶点表。
②Pi若位于边界线的不可见一侧，则将其舍弃。
③除第一个顶点外，还要检查每一个Pi和前一顶点Pi–1是否位于窗口边界的同一侧，若不在同一侧，则需计算出交点送给输出顶点表。
④最后一个顶点Pn则还要与P1一起进行同样的检查。
如下图1-6所示，是上述多边形裁剪的原理示意图。
图1-6多边形裁剪原理示意图2
图形裁剪编程
1．程序设计功能说明
如图1-7所示为图形裁剪的实用程序运行时的主界面，首先根据界面提示，在用户区双击，出现所需要裁剪的各种线段，再单击菜单中“图形裁剪”，可选择其下拉菜单的各图形裁剪选项完成各种图形裁剪（在窗口中红矩形框外的线段或多边形被裁减掉）。
图1-7“图形裁剪”程序主界面
2．程序设计步骤
程序“图形裁剪”的设计步骤如下：
（1）创建工程名称为“图形裁剪”单文档应用程序框架（参看上面单文档应用程序框架的建立）。
（2）编辑菜单资源。
图1-8图形裁剪切界面
设计如图1-8所示的菜单项。
在工作区的ResourceView标签中，单击Menu项左边“+”，然后双击其子项IDR_MAINFRAME，并根据表1-9中的定义编辑菜单资源。
表1-9菜单资源表
菜单标题
菜单项标题
标示符ID
图形裁剪
线段裁剪
ID_CLIPLINE
多边形裁剪
ID_CLIPPOLYGON
（3）添加消息处理函数。
利用ClassWizard（建立类向导）为应用程序添加与菜单项相关的消息处理函数，ClassName栏中选择CMyView，根据表1-10建立如下的消息映射函数，ClassWizard会自动完成有关的函数声明。
表1-10菜单项的消息处理函数
菜单项ID
消息
消息处理函数
ID_CLIPLINE
CONMMAN
OnIDTRANSLATION
ID_CLIPPOLYGON
CONMMAN
OnIDROTATION
（4）添加代码，在图形裁剪应用程序的相应文件中添加如下黑体字部分代码。
①在“图形裁剪View.h”文档中的适当位置添加定义存储线段端点的数组。
classCMyView:
publicCView
{
protected:
//createfromserializationonly
M
public:
CPointptset[N];
M
};
②在“图形裁剪View.cpp”文档中的适当位置手工添加以下黑体部分代码。
#include"stdafx.h"
#include"图形裁剪.h"
M
#endif
#defineLEFT1
#defineRIGHT2
#defineBOTTOM4
#defineTOP8
#defineXL100
#defineXR300
#defineYT100
#defineYB250
//////////////////////////////////////////////////////////////////
voidCMyView:
:
OnDraw（CDC*pDC）//功能为程序开始呈现下面的界面
{
CMyDoc*pDoc=GetDocument（）;
ASSERT_VALID（pDoc）;
//TODO:
adddrawcodefornativedatahere
CPennewpen（PS_SOLID,1,RGB（255,0,0））;
CPen*old=pDC->SelectObject（&newpen）;
pDC->Rectangle（CRect（XL,YT,XR,YB））;
//剪切窗口，可通过修改上面的对应数据修改裁剪矩形框
//需要剪切的各种线段，可通过修改数据修改线段（见图1-9）
ptset[0]=CPoint（120,150）;
ptset[1]=CPoint（170,110）;
ptset[2]=CPoint（0,190）;
ptset[3]=CPoint（350,150）;
ptset[4]=CPoint（0,250）;
ptset[5]=CPoint（150,230）;
ptset[6]=CPoint（200,50）;
ptset[7]=CPoint（120,150）;
图1-9线段剪切
ptset1[0]=CPoint（20,150）;
ptset1[1]=CPoint（170,110）;
ptset1[2]=CPoint（250,150）;
ptset1[3]=CPoint（200,230）;
ptset1[4]=CPoint（20,150）;
pDC->TextOut（0,0,"双击,出现要剪切的线段"）;
pDC->TextOut（0,0,"双击鼠标右键,出现要剪切的多边形"）;
pDC->SelectObject（old）;
}
//////////////////////////////////////////////////////////////////
//处理双击左键消息函数，得到要进行裁剪的直线段
voidCMyView:
:
OnLButtonDblClk（UINTnFlags,CPointpoint）
{
CDC*pDC=GetDC（）;
CPennewpen（PS_SOLID,1,RGB（255,0,0））;
CPen*old=pDC->SelectObject（&newpen）;
flag=1;
for（inti=0;i{
pDC->MoveTo（ptset[i]）;
pDC->LineTo（ptset[i+1]）;
i++;
}
CView:
:
OnLButtonDblClk（nFlags,point）;
}
voidCMyView:
:
OnClipline（）//线段裁剪消息处理函数
{
图1-10警告图示窗
CDC*pDC=GetDC（）;
CPennewpen（PS_SOLID,1,RGB（0,255,0））;
CPen*old=pDC->SelectObject（&newpen）;
if（flag!
=1）
{MessageBox（"请先双击","警告！
"）;}（如图1-10所示）
else
{
floatx,y,x1,x2,y1,y2;
inti;
intcode1,code2;
RedrawWindow（）;
//求两端点所在区号code
for（i=0;i{
intc=0;
图1-11线段剪切结果
if（ptset[i].xelseif（ptset[i].x>XR）c=c|RIGHT;
if（ptset[i].y>YB）c=c|BOTTOM;
elseif（ptset[i].ycode1=c;
c=0;
if（ptset[i+1].xelseif（ptset[i+1].x>XR）c=c|RIGHT;
if（ptset[i+1].y>YB）c=c|BOTTOM;
elseif（ptset[i+1].ycode2=c;
//线段与区域的相交情况（见图1-11）
if（code1!
=0&&code2!
=0&&（code1&code2）==0）
{
if（（LEFT&code1）!
=0）//线段与左边界相交
{
x=XL;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XL-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（RIGHT&code1）!
=0）//线段与右边界相交
{
x=XR;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XR-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（BOTTOM&code1）!
=0）//线段与下边界相交
{
y=YB;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YB-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i+1].y）;
}
elseif（（TOP&code1）!
=0）//线段与上边界相交
{
y=YT;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YT-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i].y）;
}
ptset[i].x=x;
ptset[i].y=y;
if（（LEFT&code2）!
=0）//线段与左边界相交
{
x=XL;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XL-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（RIGHT&code2）!
=0）//线段与右边界相交
{
x=XR;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XR-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（BOTTOM&code2）!
=0）//线段与下边界相交
{
y=YB;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YB-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i+1].y）;
}
elseif（（TOP&code2）!
=0）//线段与上边界相交
{
y=YT;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YT-ptset[i].y）/（ptset
[I+1].y-ptset[i].y）;
}
ptset[i+1].x=x;
ptset[i+1].y=y;
pDC->MoveTo（ptset[i].x,ptset[i].y）;
pDC->LineTo（ptset[i+1].x,ptset[i+1].y）;
}
if（code1==0&&code2==0）
{pDC->MoveTo（ptset[i].x,ptset[i].y）;
pDC->LineTo（ptset[i+1].x,ptset[i+1].y）;
}
if（code1==0&&code2!
=0）
{
pDC->MoveTo（ptset[0].x,ptset[0].y）;
if（（LEFT&code2）!
=0）//线段与左边界相交
{
x=XL;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XL-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（RIGHT&code2）!
=0）//线段与右边界相交
{
x=XR;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XR-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（BOTTOM&code2）!
=0）//线段与下边界相交
{
y=YB;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YB-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i+1].y）;
}
elseif（（TOP&code2）!
=0）//线段与上边界相交
{
y=YT;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YT-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i].y）;
}
ptset[i+1].x=x;
ptset[i+1].y=y;
pDC->LineTo（ptset[i+1].x,ptset[i+1].y）;
}
if（code1!
=0&&code2==0）
{
pDC->MoveTo（ptset[i+1].x,ptset[i+1].y）;
if（（LEFT&code1）!
=0）//线段与左边界相交
{
x=XL;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XL-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（RIGHT&code1）!
=0）//线段与右边界相交
{
x=XR;
y=ptset[i].y+（ptset[i+1].y-ptset[i].y）*（XR-ptset[i].x）/（ptset
[i+1].x-ptset[i].x）;
}
elseif（（BOTTOM&code1）!
=0）//线段与下边界相交
{
y=YB;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YB-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i+1].y）;
}
elseif（（TOP&code1）!
=0）//线段与上边界相交
{
y=YT;
x=ptset[i].x+（ptset[i+1].x-ptset[i].x）*（YT-ptset[i].y）/（ptset
[i+1].y-ptset[i].y）;
}
ptset[i].x=x;
ptset[i].y=y;
pDC->LineTo（ptset[i].x,ptset[i].y）;
}
}
}
图1-12多边形剪切
}
//处理双击右键出现要裁剪的多边形（见图1-12）
voidCMyView:
:
OnRButtonDblClk（UINTnFlags,CPointpoint）
{
CDC*pDC=GetDC（）;
CPennewpen（PS_SOLID,1,RGB（255,0,0））;
CPen*old=pDC->SelectObject（&newpen）;
flag=2;
pDC->MoveTo（ptset1[0]）;
for（inti=1;i<5;i++）
{
pDC->LineTo（ptset1[i]）;
}
CView:
:
OnRButtonDblClk（nFlags,point）;
}
voidCMyView:
:
OnClippolygon（）多边形裁剪（见图1-13）
图1-15警告提示窗
{
CDC*pDC=GetDC（）;
CPennewpen（PS_SOLID,1,RGB（0,255,0））;
CPen*old=pDC->SelectObject（&newpen）;
if（flag!
=1）
{MessageBox（"请先双击鼠标右键","警告！
"）;}（见图1-14）
else
{
inti,k;
intcode1,code2;
intM=5;
图1-13多边形剪切结果
RedrawWindow（）;
//求两端点所在区号code
k=0;
for（i=0;i{
intc=0;
if（ptset1[i].xelseif（ptset1[i].x>XL）c=0;
code1=c;
c=0;
if（ptset1[i+1].xelseif（ptset1[i+1].x>XL）c=0;
code2=c;
if（code1!
=0&&code2==0）
{
pt[k].x=XL;
pt[k].y=ptset1[i].y+（ptset1[i+1].y-ptset1[i].y）*（XL-
ptset1[i].x）/（ptset1[i+1].x-ptset1[i].x）;
pt[k+1].x=ptset1[i+1].x;
pt[k+1].y=ptset1[i+1].y;
k=k+2;
}
if（code1==0&&code2==0）
{
if（k==0）
{
pt[k].x=ptset1[i].x;
pt[k].y=ptset1[i].y;
pt[k+1].x=ptset1[i+1].x;
pt[k+1].y=ptset1[i+1].y;
k=k+2;
}
if（k!
=0）
{
pt[k].x=ptset1[i+1].x;
pt[k].y=ptset1[i+1].y;
k=k+1;
}
}
if（code1==0&&code2!
=0）
{
pt[k].x=XL;
pt[k].y=ptset1[i].y+（ptset1[i+1].y-ptset1[i].y）*（XL-
ptset1[i].x）/（ptset1[i+1].x-ptset1[i].x）;
k++;
}
}
pt[k].x=pt[0].x;
pt[k].y=pt[0].y;
M=k+1;
k=0;
for（i=0;i{
intc=0;
if（pt[i].xelseif（pt[i].x>XR）c=2;
code1=c;
c=0;
if（pt[i+1].xelseif（pt[i+1].x>XR）c=2;
code2=c;
if（code1==0&&code2==0）
{
if（k==0）
{
pts[k].x=pt[i].x;
pts[k].y=pt[i].y;
pts[k+1].x=pt[i+1].x;
pts[k+1].y=pt[i+1].y;
k=k+2;
}
if（k!
=0）
{
pts[k].x=pt[i+1].x;
pts[k].y=pt[i+1].y;
k++;
}
}
if（code1!
=0&&code2==0）
{
pts[k].x=XR;
pts[k].y=pt[i].y+（
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