VisualSudio下实现Sutherland-Hodgeman多边形裁剪算法

　学习计算机图形学的同学们肯定要写MFC程序，以及题目的S-H算法，不过这个代码的原理网络上很多博主都有对此讲解，这里就不说了，没搞懂原理的朋友们还是先把原理了解一下再来看下面的代码可能会更合适一点，写这个算法前，笔者也在网上查过，不过网上的代码让人看着真的毫无头绪（也许是笔者水平太低了，没看懂。。。），所以看懂了原理后，决定还是自己写来的靠谱点，鉴于笔者编程水平有限，算法代码写的有点涝，代码的冗余度和执行效率都比不上编程大牛写的那么好，如果介意代码的水平的朋友，额。。。就不要往下看了，就此做罢吧，免得看到最后，自己也看得难受——这代码怎么写的那么烂。如果不介意笔者代码之涝，那么就开始S-H算法的实现吧！　

 

    首先先来做下绘制多边形的工作，先画一个多边形，我这里绘制多边形是通过橡皮绳的方法实现的，所以在类视图里要添加OnMouseMove和OnLButtonDown两个消息函数。

    接下来在头文件加入以下内容

CPoint start_point;//起始点
CPoint end_point;//终止点
CPoint first;//第一个点
CPoint Point[100];
int if_Press = 0;
int Number = 0; //多边形的点数

    起始点和终止点表示画一条线的头和尾，创建first点的目的是，当画到最后一个点的时候，这个点是和最开始的第一个点连起来的，所以要事先把第一个点先存起来，不然之后调用strat_point和end_point是就没法把第一个点给记下来

    CPoint Point[100]建立一个点的数组，也就是把画多边形时点击过的点的坐标位置存起来。

把这段代码加到OnLButtonDown消息函数里面
if (if_Press == 1 || Number == 0)
        {
            if_Press = 1; //说明已经点过了一个点
            start_point = point;
            end_point = start_point;
            Point[Number] = start_point;//把这个点存入数组里
            if (Number == 0) //表示第一次左击的点为第一个点，
                first = start_point;//把第一个点保存下来
            Number++;//多边形的点数加一
        }

这段代码加到onMouseMove消息函数里面
CDC* pDC = this->GetWindowDC();
    if (if_Press)
    {
        pDC->SetROP2(R2_NOT);  //添加橡皮绳（只要没左击，鼠标在桌面上移动，线条就会跟到哪去）
        pDC->MoveTo(start_point); //将点坐标移到上一个点击的点的位置
        pDC->LineTo(end_point);  //没有画出线，此时的start_point = end_point
        if ((point.x - first.x) < 0.1 && (point.y - first.y) < 0.1)//当鼠标指着的点离第一个点的距离小于一个值的时候，两点重合（这里两个点会自动重合，不用再次点击左键）
        {
            point = first;
            if_Press = 0;
        }
        pDC->MoveTo(start_point); //画出直线
        pDC->LineTo(point);
        end_point = point;
    }
    CView::OnMouseMove(nFlags, point);

　　之后就只用在菜单页面添加一个事件处理函数，能调用OnLButtonDown里面的函数，这样就可以和onMouseMove一起作用画出一个多边形

 

　　做完准备工作，就可以开始写程序的核心——Sutherland-Hodgeman算法

　　首先还是现在头文件里添加一下必要的结构体

　　

CPoint New_Point[100];

　　这个数组和之前那个Point数组类型相同，之所以要重新建立一个数组，是为了S-H算法在边处理之后，点发生了改变，能有一个数组来存储这些新的点

　　接下来是画出一个矩形框，矩形框的作用是为了裁剪准备的，这里我直接把这个矩形框写死，在OnDraw函数添加这些代码，这样运行程序就能看到一个绿色的矩形框一直绘制在窗口上

void CCGTestView::OnDraw(CDC* pDC)
{
CCGTestDoc* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
if (!pDoc)
return;

// TODO: 在此处为本机数据添加绘制代码

CPen newpen(PS_SOLID, 3, RGB(0, 255, 0));
CPen *old = pDC->SelectObject(&newpen);
pDC->MoveTo(100, 100);
pDC->LineTo(100, 200);

pDC->MoveTo(100, 200);
pDC->LineTo(300, 200);

pDC->MoveTo(300, 200);
pDC->LineTo(300, 100);

pDC->MoveTo(300, 100);
pDC->LineTo(100, 100);
pDC->SelectObject(old);
//ReleaseDC(pDC);

}

 

 

　　

接下来的这段代码可以写在头文件里也可以写在S-H算法的前面，这里只是定义了矩形框的上下左右的坐标值

int XL = 100, XR = 300, YB = 100, YT = 200;//分别是左边的x值，右边的x值，下边的y值，上边的y值

　　然后在菜单加一个事件处理程序添加S-H函数

void CCGTestView::OnSutherHodegeman()
{
    // TODO: 在此添加命令处理程序代码
    int temp_num; //这个临时的变量存储的就是多边形的点个数，也就是前面画多边形时的Number
    int new_num = 0; //这个变量是用来存储通过算法裁剪后的点的个数
    CPoint temp_point; //定义一个临时点，在后面是用来求交点用的
    int i;
    int j;
    temp_num = Number;
    
　　//先说明下，画线的时候是从起始点到终止点，在后面的解释中我会把起始点说成头点，终止点说成尾点，也就是从头到尾，还有一点，如果这个点在可视区外，在后面就直接简称为外了
    /////////////
    //对矩形框上边处理
    for (i = 0; i < temp_num; i++)//temp_num 为多边形的边数，执行次数也就是边数
    {
        if (Point[i%temp_num].y > YT) //如果头点在上边之上，即头点在不可视区
        {    //这样要注意下Point数组选取元素是加的%号的含义，因为头号是i，尾号是i+1，可是到了最后一个点的时候，头号还是i，可是尾却不是i+1了，此时的头要和最初的第一个点相连，才能形成一个闭合的多边形，所以整除（点的个数），刚好能让最后一个的值变成0
　　　　　　　　//本来%只是最后一个点才用得着，这里为了不乱掉，索性全加上，反正对前面的点也没什么影响。。。
            if (Point[(i + 1) % temp_num].y > YT) //尾点也在上边之上，即两点都在不可视区，均不进入新数组，这种情况就是（外到外），所以什么都不用写.
            {

            }
            else  //尾点在上边之下，即尾点在可视区，尾点和与上边的交点进入新数组（外到内）
            {
                
                temp_point.x = Point[i%temp_num].x - (Point[i%temp_num].y - YT) * (Point[i%temp_num].x - Point[(i + 1) % temp_num].x)
                    / (Point[i%temp_num].y - Point[(i + 1) % temp_num].y);  //这一大串求交点的x坐标值是通过相似的原理来表示的，想深究的朋友可以画个实例图研究，接下来的很多求交点都是通过这个原理
                temp_point.y = YT; //求交点的y坐标，因为交点在上边，所以上边的y值就是交点的y值
                New_Point[new_num] = temp_point; //把这个临时的交点存到New_point数组里，同时点的个数加一，接下来同样每送到新数组一个点，new_num（新多边形的点个数)就加一
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num]; //这里要注意下，按理来说，画一条从外到内的线应该要把与边的交点和内点都要进入新数组里，但是内点却不在这段代码中加到新数组里面，而是到下一个循环，这个内点从尾点变成头点的时候加到数组里
                new_num += 1;*/                                   //如果在这里加到数组里会导致这样一种情况，这个点作为尾点加到数组，到下一个循环，这个点变成了头点，难道又要再加一遍？这会导致同一个点在数组内存在了两次
                                                                  //凡是都有例外，其中有一种情况是要在一段代码中添加两个点的，接下来会解释到

            }                             
        }
        else  //头点在上边之下，即在可视区
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].y <= YT) //尾点也在可视区，头尾两点均入新数组（内到内）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else //尾点在不可视区，所以头点和交点进入新数组（内到外），这种情况就是上面说到的要添加两个点，大家可以拿笔画个草图看看，内到外，肯定先把内点加到新数组里，如果说把那个交点留着下一个循环来处理会导致什么样的情况，下一次肯定是从外到内
            {    //或者从外到外，不管哪种情况，能确定的是和这个交点已经没什么关系了，画图很容易看出来，所以如果不在这种情况下把交点加到新数组里，就会导致这个交点漏掉，即使在下面的循环也没法把这个交点加到数组了
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                //计算交点坐标
                temp_point.x = Point[i%temp_num].x + (YT - Point[i%temp_num].y) * (Point[(i + 1) % temp_num].x - Point[i%temp_num].x)
                    / (Point[(i + 1) % temp_num].y - Point[i%temp_num].y);
                temp_point.y = YT;
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;
                
            }
        }
    }
    ///////////////////////////
    
    //重新整理处理上边后的图形
　　

    for (j = 0; j < new_num ; j++)
    {
        Point[j] = New_Point[j]; //将新数组的点调回Point，此时的新数组已经保留了裁剪上边后的新的点，这时，把这个经过上边处理后的多边形调回Point,可以这么说，把这个新的多边形重新作为待处理的多边形，进行下边处理
    }
    Number = new_num; //此时的多边形点数为上边裁剪后的新多边形的点数
    new_num = 0; //归0，进行下边处理
    temp_num = Number;
    //对矩形框下边处理，接下来的对下边，左边，右边和上边处理类似，只是在一些细节方面做了一些改变，例如在求交点的相似处理上，有所改变，而且上下两边和左右两边的处理也稍有不同，不过大同小异，把上边处理弄懂后，下面的都差不多
    for (i = 0; i < temp_num; i++)//temp_num 为多边形的边数，执行次数也就是边数
    {
        if (Point[i%temp_num].y > YB) // 头点在下边上，即头点在可视区内
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].y > YB) // 尾点也在可视区内，两点均在可视区内（内到内）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else  //尾点在可视区外 ，头点和交点进入新数组（内到外）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                //求交点
                temp_point.x = Point[i%temp_num].x - (Point[i%temp_num].y - YB) * (Point[i%temp_num].x - Point[(i + 1) % temp_num].x)
                    / (Point[i%temp_num].y - Point[(i + 1) % temp_num].y);
                temp_point.y = YB; 
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;
                
            }
        }
        else //头在可视区外
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].y >= YB) //尾在可视区内（外到内）
            {
                //计算交点坐标
                temp_point.x = Point[i%temp_num].x + (YB - Point[i%temp_num].y) * (Point[(i + 1) % temp_num].x - Point[i%temp_num].x)
                    / (Point[(i + 1) % temp_num].y - Point[i%temp_num].y);
                temp_point.y = YB;
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else //头尾两点均在可视区外（外到外）
            {
                

            }
        }
    }
    //重新整理处理下边后的图形
    for (j = 0; j < new_num; j++)
    {
        Point[j] = New_Point[j]; //将新数组的点调回Point
    }
    Number = new_num; //此时的点数为改变上边后的图形的点数
    new_num = 0; //归0，进行下边处理
    temp_num = Number;
    //对矩形框左边处理
    for (i = 0; i < temp_num; i++)//temp_num 为多边形的边数，执行次数也就是边数
    {
        if (Point[i%temp_num].x >= XL) // 头点在可视区内
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].x >= XL) // 尾点也在可视区内，两点均在可视区内(内到内）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else  //尾点在可视区外 ，头点和交点进入新数组（内到外）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                //求交点
                temp_point.y = Point[i%temp_num].y - (Point[i%temp_num].x - XL) * (Point[i%temp_num].y - Point[(i + 1) % temp_num].y)
                    / (Point[i%temp_num].x - Point[(i + 1) % temp_num].x);
                temp_point.x = XL;
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;

            }
        }
        else //头在可视区外
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].x >= XL) //尾在可视区内（外到内）
            {
                //计算交点坐标
                temp_point.y = Point[i%temp_num].y + (XL - Point[i%temp_num].x) * (Point[(i + 1) % temp_num].y -  Point[i%temp_num].y )
                    / (Point[(i + 1) % temp_num].x - Point[i%temp_num].x);
                temp_point.x = XL;
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else //头尾两点均在可视区外（外到外）
            {
                

            }
        }
    }
    //重新整理处理左边后的图形
    for (j = 0; j < new_num; j++)
    {
        Point[j] = New_Point[j]; //将新数组的点调回Point
    }
    Number = new_num; //此时的点数为改变上边后的图形的点数
    new_num = 0; //归0，进行下边处理
    temp_num = Number;
    //对矩形框右边处理
    for (i = 0; i < temp_num; i++)//temp_num 为多边形的边数，执行次数也就是边数
    {
        if (Point[i%temp_num].x <= XR) // 头点在可视区内
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].x <= XR) // 尾点也在可视区内，两点均在可视区内(内到内）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else  //尾点在可视区外 ，头点和交点进入新数组（内到外）
            {
                New_Point[new_num] = Point[i%temp_num];
                new_num += 1;
                //求交点
                temp_point.y = Point[i%temp_num].y + (XR - Point[i%temp_num].x) * (Point[(i + 1) % temp_num].y - Point[i%temp_num].y)
                    / (Point[(i + 1) % temp_num].x - Point[i%temp_num].x);
                temp_point.x = XR;
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;

            }
        }
        else //头在可视区外
        {
            if (Point[(i + 1) % temp_num].x <= XR) //尾在可视区内（外到内）
            {
                //计算交点坐标
                temp_point.y = Point[i%temp_num].y - (Point[i%temp_num].x - XR) * (Point[i%temp_num].y - Point[(i + 1) % temp_num].y)
                    / (Point[i%temp_num].x - Point[(i + 1) % temp_num].x);
                temp_point.x = XR;
                New_Point[new_num] = temp_point;
                new_num += 1;
                /*New_Point[new_num] = Point[(i + 1) % temp_num];
                new_num += 1;*/
            }
            else //头尾两点均在可视区外（外到外）
            {
                

            }
        }
    }
    //这里是最后一步，经过上下左右四条边的处理，此时的多边形已经裁剪完成，并且储存在New_Point在，下面的工作就是用循环一条边一条边得画出来
    CDC *pDC = this->GetDC();
    CPen newpen(PS_SOLID, 3, RGB(0, 255, 255));
    CPen *old = pDC->SelectObject(&newpen);
    for (j = 0; j < new_num + 1; j++)
    {
        pDC->MoveTo(New_Point[j%new_num].x, New_Point[j%new_num].y);
        pDC->LineTo(New_Point[(j + 1) % new_num].x, New_Point[(j + 1) % new_num].y);
    }        
    pDC->SelectObject(old);
    ReleaseDC(pDC);

}

 

　　所有步骤都完成啦！现在看看运行效果

 

 

 

 

代码之所以冗余度高，很大原因，由于笔者水平有限没法把四条边的处理写在同一个模板里，而是分成四块来写，导致这个原因，还请各位见谅