环境:使用vs2019提供的MFC框架,在鼠标交互输入中使用橡皮筋算法来实现多边形的输入。首先定义相应变量来保存输入的数据。
int m_pNumbers; //输入点的个数
CPoint m_pAccord[N], m_mousePoint; //保存输入的顶点信息和当前的鼠标所处位置
//橡皮筋效果
void OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point)
{
// TODO: 在此添加消息处理程序代码和/或调用默认值
if (seedFlag) {
seed_Point = point;
ScanLineFill4(seed_Point.x, seed_Point.y, 0, m_pDC);
seedFlag = false;
}
else if (m_pNumbers < N) {
m_pAccord[m_pNumbers] = point;
m_pNumbers++;
m_mousePoint = point;
}
CView::OnLButtonDown(nFlags, point);
}
void OnLButtonDblClk(UINT nFlags, CPoint point)
{
// TODO: 在此添加消息处理程序代码和/或调用默认值
m_pDC->MoveTo(m_pAccord[m_pNumbers - 1]);
m_pDC->LineTo(m_pAccord[0]);
m_pAccord[m_pNumbers] = m_pAccord[0];
m_pNumbers++;
FillPolyDoc* pDoc = GetDocument();
if (pDoc->m_displayMode == 0 ) {
seedFlag = true;
}
else if (pDoc->m_displayMode == 1) {
Fillpolygon(m_pNumbers, m_pAccord, m_pDC);//有序边表法填充
}
else if (pDoc->m_displayMode == 2) {
PointFillpoly(m_pNumbers, m_pAccord, m_pDC);//逐点法填充
}
else if (pDoc->m_displayMode == 3) {
Triangulation(m_pAccord, m_pNumbers - 1, m_pNumbers - 1);//三角剖分
}
else if (pDoc->m_displayMode == 4) {
Fillpolygon(m_pNumbers, m_pAccord, m_pDC);//图案填充
}
else{
Triangulation(m_pAccord, m_pNumbers - 1, m_pNumbers - 1); //多边形顶点集合,当前多边形顶点数,多边形顶点数
}
m_pNumbers = 0;
CView::OnLButtonDblClk(nFlags, point);
}
void OnMouseMove(UINT nFlags, CPoint point)
{
if (m_pNumbers) {
m_pDC->SetROP2(2);
m_pDC->MoveTo(m_pAccord[m_pNumbers - 1]);
m_pDC->LineTo(m_mousePoint);
m_mousePoint = point;
m_pDC->MoveTo(m_pAccord[m_pNumbers - 1]);
m_pDC->LineTo(m_mousePoint);
}
CView::OnMouseMove(nFlags, point);
}
int OnCreate(LPCREATESTRUCT lpCreateStruct)
{
if (CView::OnCreate(lpCreateStruct) == -1)
return -1;
m_pDC = new CClientDC(this);
return 0;
}
在逐点法实现中,用到了两个函数。
其中的实现原理十分简单,不过PointInPolygon(int pointNumOfPolygon, CPoint tarPolygon[], CPoint testPoint)函数的实现比较复杂,但这个函数也十分实用,在后面的三角剖分中也有使用。
算法描述:
(1)将给定多边形输入;
(2)求出多边形的最小包含矩形;
(3)逐点扫描最小矩形的每一点,并判断是否位于多边形内部,从最小点到最大点一次判断,如果在该多边形内部,则将该点上色;
(4)判断位于多边形内部的方法是,过每一点水平向右作射线,与多边形边界求交点,如果交点个数为奇数,则说明该点在多边形内部,偶数则说明在多边形外部。
//逐点法填充
void PointFillpoly(int pNumbers, CPoint *points, CDC *pDC)
{
BoxRect_t polyRect;
polyRect = getPolygonRect(pNumbers, points);
m_pDC->MoveTo(polyRect.minX, polyRect.minY);
m_pDC->LineTo(polyRect.minX, polyRect.maxY);
m_pDC->LineTo(polyRect.maxX, polyRect.maxY);
m_pDC->LineTo(polyRect.maxX, polyRect.minY);
m_pDC->LineTo(polyRect.minX, polyRect.minY);
CPoint testPoint;
//从最小点到最大点一次判断,如果在该多边形内部,则进行填充
for (testPoint.x = polyRect.minX; testPoint.x < polyRect.maxX; testPoint.x++)
for (testPoint.y = polyRect.minY; testPoint.y < polyRect.maxY; testPoint.y++) {
if (PointInPolygon(m_pNumbers, m_pAccord, testPoint))
pDC->SetPixel(testPoint.x, testPoint.y, RGB(255, 255, 255));
}
}
//得到该多边形的最大、最小的y、x值
BoxRect_t getPolygonRect(int pointNumOfPolygon, CPoint tarPolygon[])
{
BoxRect_t boxRect;
boxRect.minX = 50000;
boxRect.minY = 50000;
boxRect.maxX = -50000;
boxRect.maxY = -50000;
for (int i = 0; i < pointNumOfPolygon; i++) {
if (tarPolygon[i].x < boxRect.minX) boxRect.minX = tarPolygon[i].x;
if (tarPolygon[i].y < boxRect.minY) boxRect.minY = tarPolygon[i].y;
if (tarPolygon[i].x > boxRect.maxX) boxRect.maxX = tarPolygon[i].x;
if (tarPolygon[i].y > boxRect.maxY) boxRect.maxY = tarPolygon[i].y;
}
return boxRect;
}
//判断点是否位于区域内
BOOL PointInPolygon(int pointNumOfPolygon, CPoint tarPolygon[], CPoint testPoint)
{
if (pointNumOfPolygon < 3)
return false;
bool inSide = FALSE;
float lineSlope, interSectX;
int i = 0, j = pointNumOfPolygon - 1;
for (i = 0; i < pointNumOfPolygon; i++) {
if ((tarPolygon[i].y < testPoint.y && tarPolygon[j].y >= testPoint.y ||
tarPolygon[j].y < testPoint.y && tarPolygon[i].y >= testPoint.y) &&
(tarPolygon[i].x <= testPoint.x || tarPolygon[j].x <= testPoint.x)) {
if (tarPolygon[j].x != tarPolygon[i].x) {
lineSlope = (float)(tarPolygon[j].y - tarPolygon[i].y) / (tarPolygon[j].x - tarPolygon[i].x);
interSectX = (int)(tarPolygon[i].x + (testPoint.y - tarPolygon[i].y) / lineSlope);
}
else
interSectX = tarPolygon[i].x;
if (interSectX < testPoint.x)
inSide = !inSide;
}
j = i;
}
return inSide;
}
首先给出有序边表法中定义使用的变量。
int m_Begin, m_End, m_edgeNumbers, m_Scan; //求交边集指针,有效边数,当前扫描位置
float m_yMax[N], m_yMin[N], m_Xa[N], m_Dx[N]; //每条边y最大值,y最小值,每条边与扫描线x的交点,每条边斜率倒数
基本思想:用水平扫描线从上到下(或从下到上)扫描由多条首尾相连的线段构成的多边形,每根扫描线与多边形的某些边产生一系列交点。将这些交点按照x坐标排序,将排序后的点两两成对,作为线段的两个端点,以所填的颜色画水平直线。
算法描述:
(1)与x轴平行的边不计入;
(2)多边形的顶点分为两大类:一类是局部极值点,另外一类是非极值点。当扫面线与第一类顶点相交时,应看作两个点;而当扫描线与第二类顶点相交时,应视为一个点,对于极值点则要记录两条边;
(3)扫描线按照y轴从低到高顺次记录;
(4)一条边按照y轴的高低记录;
(5)多条边以x轴递增顺序记录;
1、根据给出的多边形顶点坐标,建立NET表,求出顶点坐标中最大y值ymax和最小y值ymin。
2、初始化AET表指针,使它为空。
3、执行下列步骤直至NET和AET都为空.
(1)如NET中的第y类非空,则将其中的所有边取出并插入AET中;
(2)如果有新边插入AET,则对AET中各边排序;
(3)对AET中的边两两配对,(1和2为一对,3和4为一对,…),
将每对边中x坐标按规则取整,获得有效的填充区段,再填充.
(4)将当前扫描线纵坐标y值递值1;
(5)如果AET表中某记录的ymax=yj,则删除该记录 (因为每条边被看作下闭上开的);
(6)对AET中剩下的每一条边的x递增dx,即x’ = x+ dx .
//有序边表法填充
void Fillpolygon(int pNumbers, CPoint* points, CDC* pDC)
{
m_edgeNumbers = 0;
pLoadPolygon(pNumbers, points); // Polygon Loading, calculates every edge's m_yMax[],m_yMin[],m_Xa[],m_Dx[]
//求交边集范围,因为数组已经根据y值大小进行边的排序,所以end向后移动即代表有边进入,start向后移动,代表有边退出
m_Begin = m_End = 0;
m_Scan = (int)m_yMax[0]; //从顶向下扫描
Include(); //检查是否有边进入扫描线
UpdateXvalue(); //检查是否有边退出扫描线
while (m_Begin != m_End) {
pFillScan(pDC);
m_Scan--;
Include();
UpdateXvalue();
}
}
void pLoadPolygon(int pNumbers, CPoint* points)
{
float x1, y1, x2, y2;
x1 = points[0].x; y1 = points[0].y + 0.5;
for (int i = 1; i < pNumbers; i++) {
x2 = points[i].x; y2 = points[i].y + 0.5;
if (abs(int(y2 - y1)) >= 0) //水平线不做处理
{
pInsertLine(x1, y1, x2, y2);
x1 = x2; y1 = y2;
}
else
x2 = x1;
}
}
void pInsertLine(float x1, float y1, float x2, float y2)
{
int i;
float Ymax, Ymin;
Ymax = (y2 > y1) ? y2 : y1;
Ymin = (y2 < y1) ? y2 : y1;
i = m_edgeNumbers;
//根据y值的大小,进行排序插入,大的在前面
while (i != 0 && m_yMax[i - 1] < Ymax) {
m_yMax[i] = m_yMax[i - 1];
m_yMin[i] = m_yMin[i - 1];
m_Xa[i] = m_Xa[i - 1];
m_Dx[i] = m_Dx[i - 1];
i--;
}
m_yMax[i] = Ymax;
m_yMin[i] = Ymin;
if (y2 > y1) m_Xa[i] = x2; //根据y大小确定Xa的值,y大的会先于扫描线相交
else m_Xa[i] = x1;
m_Dx[i] = (x2 - x1) / (y2 - y1); //斜率的倒数
m_edgeNumbers++;
}
void Include()
{
//end向后移动,找出所有边最高点y值大于当前扫描线的边,看是否有新的边进入交集
while (m_End < m_edgeNumbers && m_yMax[m_End] >= m_Scan) {
//有边进入,调整起始点位置,然后将Dx调整为位移量
m_Xa[m_End] = m_Xa[m_End] + (-0.5) * m_Dx[m_End];
m_Dx[m_End] = -m_Dx[m_End];
m_End++;
}
}
void UpdateXvalue()
{
int i, start = m_Begin;
for (i = start; i < m_End; i++) {
if (m_Scan > m_yMin[i]) {
//当前边没有退出,则移动x,然后在进行排序
m_Xa[i] += m_Dx[i];
pXsort(m_Begin, i);
}
else {
//有边退出,更新数组,然后begin++
for (int j = i; j > m_Begin; j--) {
m_yMin[j] = m_yMin[j - 1];
m_Xa[j] = m_Xa[j - 1];
m_Dx[j] = m_Dx[j - 1];
}
m_Begin++;
}
}
}
void pXsort(int Begin, int i)
{
float temp;
while (i > Begin&& m_Xa[i] < m_Xa[i - 1]) {
temp = m_Xa[i]; m_Xa[i] = m_Xa[i - 1]; m_Xa[i - 1] = temp;
temp = m_Dx[i]; m_Dx[i] = m_Dx[i - 1]; m_Dx[i - 1] = temp;
temp = m_yMin[i]; m_yMin[i] = m_yMin[i - 1]; m_yMin[i - 1] = temp;
i--;
}
}
void pFillScan(CDC* pDC)
{
int x, y;
FillPolyDoc* pDoc = GetDocument();
for (int i = m_Begin; i < m_End; i += 2) {
if (pDoc->m_displayMode == 1) {
pDC->MoveTo(m_Xa[i], m_Scan);
pDC->LineTo(m_Xa[i + 1], m_Scan);
}
else if (pDoc->m_displayMode == 4) {
//图案填充
y = m_Scan;
for (int x = m_Xa[i]; x < m_Xa[i + 1]; x++)
if (m_patternData[y % 12][x % 12])
pDC->SetPixel(x, y, RGB(255, 0, 0));
}
}
}
只需要给出填充的图案,然后存放在二维数组m_patternData中即可,利用取余运算巧妙实现。
//图案
int m_patternData[12][12] = {
{
0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0 },
{
0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0 },
{
0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0 },
{
0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1 },
{
0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0 },
{
0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0 },
{
0,1,1,0,0,1,1,0,0,1,1,0 },
{
0,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,0 },
{
0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0 },
{
0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0 },
{
0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0 },
{
0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 }
};
点填充有好几种方法,其中比较简单实现的是四连通泛填充算法。基本思路就是给定种子,然后去填充种子上下左右四个方向的像素点,如果为空,则进行填充。
实现代码如下:
void FloodFill4(int x, int y, int fillColor, int oldColor)
{
int current;
current = GetPixel(x,y);
if( current == oldColor ){
SetPixel(x,y,fillColor);
FloodFill4(x+1,y,fillColor,oldColor);
FloodFill4(x-1,y,fillColor,oldColor);
FloodFill4(x,y+1,fillColor,oldColor);
FloodFill4(x,y-1,fillColor,oldColor);
}
}
不过如果运行这一段代码很容易就会导致栈溢出,,,虽然代码简单,但是没法用。
所以更多的是使用扫描线种子填充算法。
算法描述:
//扫描线种子填充
int SetRP(int x, int y, COLORREF color, COLORREF mColor, CDC* pDC) {
while (pDC->GetPixel(CPoint(x, y)) == mColor) {
pDC->SetPixel(x, y, color);
x++;
}
return x - 1;
}
int SetLP(int x, int y, COLORREF color, COLORREF mColor, CDC* pDC) {
while (pDC->GetPixel(CPoint(x - 1, y)) == mColor) {
pDC->SetPixel(--x, y, color);
}
return x + 1;
}
void NewLineSeed(std::stack<CPoint>* stk, int lx, int rx, int y, COLORREF color, COLORREF mColor, CDC* pDC) {
int x, e;
for (x = lx + 1, e = rx + 1; x < e; x++) {
//找出每一个区间的最右像素,入栈
if (pDC->GetPixel(CPoint(x, y)) != mColor) {
if (pDC->GetPixel(CPoint(x - 1, y)) == mColor)
stk->push(CPoint(x - 1, y));
}
}
//把rx所在点入栈
if (pDC->GetPixel(CPoint(x - 1, y)) == mColor)
stk->push(CPoint(x - 1, y));
}
void ScanLineFill4(int x, int y, COLORREF color, CDC* pDC)
{
int pRight, pLeft;
std::stack<CPoint> stk;
int mColor = pDC->GetPixel(x, y); //给定种子
stk.push(CPoint(x, y));
while (!stk.empty()) {
CPoint p = stk.top(); //栈顶像素出栈
stk.pop();
pRight = SetRP(p.x, p.y, color, mColor, pDC); //向左向右进行填充
pLeft = SetLP(p.x, p.y, color, mColor, pDC);
//上下两条扫描线处理
NewLineSeed(&stk, pLeft, pRight, p.y + 1, color, mColor, pDC);
NewLineSeed(&stk, pLeft, pRight, p.y - 1, color, mColor, pDC);
}
}
void FloodFill4(int x, int y, int fillColor, int oldColor, CDC* pDC)
{
int current;
current = pDC->GetPixel(x, y);
if (current == oldColor) {
pDC->SetPixel(x, y, fillColor);
FloodFill4(x + 1, y, fillColor, oldColor, pDC);
FloodFill4(x - 1, y, fillColor, oldColor, pDC);
FloodFill4(x, y + 1, fillColor, oldColor, pDC);
FloodFill4(x, y - 1, fillColor, oldColor, pDC);
}
}
关于这个拓展功能的实现,当时在网上看了不少资料,,然后大部分都没有看懂。不过上课的时候老师给了一种使用递归实现的方法,后来发现和网上的耳切法比较相似。
算法描述:
//多边形三角剖分
void Triangulation(CPoint* points, int pNumbers, int number)
{
if (pNumbers == 3) {
//出口
return;
}
int k, xMin = 100000;
for (int j = 0; j < pNumbers; j++) //找出当前多边形的最左侧顶点
{
if (points[j].x < xMin) {
k = j;
xMin = points[j].x;
}
}
CPoint arry[3];
arry[0] = points[k]; //最左侧顶点
int next = (k + 1) % pNumbers;
arry[1] = points[next]; //后一个顶点
int pre = k - 1;
if (pre < 0)
pre += pNumbers;
arry[2] = points[pre]; //前一个顶点
//围成的该三角形内是否有其他顶点
CPoint in_point[N];
int in_number = 0, i = 0;
xMin = 1000;
for (int j = 0; j < pNumbers; j++)
{
if (j == k || j == next || j == pre) //三角形的三个顶点不算
continue;
if (PointInPolygon(3, arry, points[j])) {
//找出在该三角形内的顶点,并找到其中的最左侧顶点
in_point[in_number] = points[j];
if (in_point[in_number].x < xMin) {
i = j;
xMin = in_point[in_number].x;
}
in_number++;
}
}
if (in_number >= 1) {
//若存在,则链接三角形内的最左侧点,分割多边形,递归调用
CPen pen(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));//创建画笔对象
CClientDC dc(this);
CPen* pOldPen = dc.SelectObject(&pen);
dc.MoveTo(arry[0].x, arry[0].y); //连接线到该最左侧顶点
dc.LineTo(points[i].x, points[i].y);
dc.SelectObject(&pOldPen);
CPoint arry_1[N], arry_2[N]; //分割成两个多边形
int pNumbers_1 = 0, pNumbers_2 = 0;
if (k > i) {
int temp = i; i = k; k = temp;
}
for (int j = 0; j < pNumbers; j++)
{
if (j >= k && j <= i) {
arry_1[pNumbers_1++] = points[j];
}
if (j <= k || j >= i) {
arry_2[pNumbers_2++] = points[j];
}
}
Triangulation(arry_1, pNumbers_1, pNumbers_1);
Triangulation(arry_2, pNumbers_2, pNumbers_2);
}
else {
//若不存在,则分割该三角形,递归调用
CPen pen(PS_SOLID, 1, RGB(255, 0, 0));//创建画笔对象
CClientDC dc(this);
CPen* pOldPen = dc.SelectObject(&pen);
dc.MoveTo(arry[1].x, arry[1].y); //剖分线
dc.LineTo(arry[2].x, arry[2].y);
dc.SelectObject(&pOldPen);
for (int j = k; j < pNumbers - 1; j++) //删除k顶点
{
points[j] = points[j + 1];
}
pNumbers--;
Triangulation(points, pNumbers, number);
}
}
关键:
在OnLButtonDown函数中记录起始端点,CPoint m_ptOrigin = point;
在OnLButtonUp函数中实现画线。
方法总结如下:
//获取设备描述表
HDC hdc;
//调用全局函数获得当前窗口的设备描述表,CWnd::m_hWnd根据继承原理,CDrawView继承了CWnd类的数据成员
hdc = ::GetDC(m_hWnd);
//移动到线条的起点
MoveToEx(hdc,m_ptOrigin.x,m_ptOrigin.y,NULL);//第四个参数用于保存鼠标移动前的位置,此处不需要,设为NULL
//画线
LineTo(hdc,point.x,point.y);
//释放设备描述表
::ReleaseDC(m_hWnd,hdc);
说明:CDC类封装了所有与绘图相关的操作
CDC* pDC = GetDC();//定义CDC类型的指针,利用CWnd类的成员函数GetDC获得当前窗口的设备描述表对象的指针
pDC -> MoveTo(m_ptOrigin);//利用CDC类的成员函数MoveTo和LineTo完成画线功能
pDC -> LineTo(point);
ReleaseDC(pDC);
说明:此类派生于CDC类,在构造时调用GetDC()函数,在析构时调用ReleaseDC()函数,因此无需显示调用这两个函数。
//CClientDC dc(this);//在当前视图窗口画线方法
CClientDC dc(GetParent());//获取当前视图窗口的父窗口,可以在父窗口画线
dc.MoveTo(m_ptOrigin);
dc.LineTo(point);
//CWindowDC dc(this);//只能在视类中画线
CWindowDC dc(GetParent());//可以在父窗口中画线
dc.MoveTo(m_ptOrigin);
dc.LineTo(point);
如果我们要更多功能的绘制方法,可以利用更多的资源和方法,如:
CPen pen(PS_SOLID,5,RGB(255,255,0));//创建画笔对象
CClientDC dc(this);
CPen* pOldPen = dc.SelectObject(&pen);
dc.MoveTo(m_ptOrigin);
dc.LineTo(point);
dc.SelectObject(pOldPen);
此时需要添加鼠标移动消息响应函数OnMouseMove,当鼠标移动时记录位置并绘制短线,然后需要将此时鼠标位置设置为下一次绘制的起点坐标,
这样便可以绘制连续线条了。为此,添加一个判断是否在画线的布尔变量m_bTrue,在视类构造函数中初始化为true,在OnLButtonDown中初始化为true,
在OnLButtonUp中初始化为false,OnMouseMove函数如下:
CClientDC dc(this);
//创建一个红色的、宽度为1的实线画笔
CPen pen(PS_SOLID,1,RGB(255,0,0));
//把创建的画笔选入设备描述表
CPen *pOldPen = dc.SelectObject(&pen);
if(m_bTrue == true)
{
dc.MoveTo(m_ptOrigin);
dc.LineTo(point);
m_ptOrigin = point;//如果不修改起点 坐标,画线效果是扇形
}
//恢复设备描述表
dc.SelectObject(pOldPen);
这样就可以绘制连续线条了。
//创建一个红色画刷
CBrush brush(RGB(255,0,0));
//创建并获得设备描述表
CClientDC dc(this);
//用红色画刷填充鼠标拖动过程形成的矩形区域
dc.FillRect(CRect(m_ptOrigin,point),&brush);
注:需要先添加一个位图资源,ID为IDB_BITMAP1
//创建位图对象
CBitmap bitmap;
//加载位图资源
bitmap.LoadBitmapW(IDB_BITMAP1);
//创建位图画刷
CBrush brush(&bitmap);
//创建并获得设备描述表
CClientDC dc(this);
//用位图画刷填充鼠标拖动过程形成的矩形区域
dc.FillRect(CRect(m_ptOrigin,point),&brush);