八叉树的实现

八叉树的实现

2008-11-29 17:30  1455人阅读  评论(1)  收藏  举报

system null 存储

 //Date : 2008/05/01
 //Filename : octree.cpp
 //Platform : VC++ 2005
 //八叉树的实现
 //功能：
 //1、创建八叉树。
 //此八叉树为满树，即所有节点/叶子全部创建。
 //用户可以自定义此八叉树的深度和所处的三维场景中的位置。
 //注a：由于创建树时为满树创建，故层数太大时创建时间可能会比较久，请耐心等待。
 //注b：创建顺序为(1)上层左前节点-(2)上层右前节点-(3)上层右前节点-(4)上层右后节点
 //-(5)下层左前节点-(6)下层右前节点-(7)下层右前节点-(8)下层右后节点-(1)-(2)……
 //2、先序遍历八叉树。
 //八叉树创建成功后用户可调用此子模块查看此八叉树，会显示每个结点的编号，值和在场景中的坐标。
 //3、查看八叉树的深度。
 //4、在场景中查找点。
 //用户首先输入要查找的坐标。
 //如果该点位于场景外则提示用户并返回，否则在场景中递归查找该点。
 //找到后输出该点所处的子结点的坐标和递归次数。

 #include <iostream>
 using namespace std;
 //定义八叉树节点类
 template<class T>
 struct OctreeNode
 {
     T data; //节点数据
     T xmin,xmax; //节点坐标，即六面体个顶点的坐标
     T ymin,ymax;
     T zmin,zmax;
     OctreeNode <T> *top_left_front,*top_left_back; //该节点的个子结点,即个子六面体
     OctreeNode <T> *top_right_front,*top_right_back;
     OctreeNode <T> *bottom_left_front,*bottom_left_back;
     OctreeNode <T> *bottom_right_front,*bottom_right_back;
     OctreeNode //节点类
         (T nodeValue = T(),
         T xminValue = T(),T xmaxValue = T(),
         T yminValue = T(),T ymaxValue = T(),
         T zminValue = T(),T zmaxValue = T(),
         OctreeNode<T>* top_left_front_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* top_left_back_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* top_right_front_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* top_right_back_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* bottom_left_front_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* bottom_left_back_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* bottom_right_front_Node = NULL,
         OctreeNode<T>* bottom_right_back_Node = NULL )
         :data(nodeValue),
         xmin(xminValue),xmax(xmaxValue),
         ymin(yminValue),ymax(ymaxValue),
         zmin(zminValue),zmax(zmaxValue),
         top_left_front(top_left_front_Node),
         top_left_back(top_left_back_Node),
         top_right_front(top_right_front_Node),
         top_right_back(top_right_back_Node),
         bottom_left_front(bottom_left_front_Node),
         bottom_left_back(bottom_left_back_Node),
         bottom_right_front(bottom_right_front_Node),
         bottom_right_back(bottom_right_back_Node){}
 };
 //创建八叉树
 template <class T>
 void createOctree(OctreeNode<T> * &root,int maxdepth,double xmin,double xmax,double ymin,double ymax,double zmin,double zmax)
 {
     cout<<"处理中，请稍候……"<<endl;
     maxdepth=maxdepth-1; //每递归一次就将最大递归深度-1
     if(maxdepth>=0)
     {
         root=new OctreeNode<T>();
         root->data = 9; //为节点赋值，可以存储节点信息，如物体可见性。由于是简单实现八叉树功能，简单赋值为。
         root->xmin=xmin; //为节点坐标赋值
         root->xmax=xmax;
         root->ymin=ymin;
         root->ymax=ymax;
         root->zmin=zmin;
         root->zmax=zmax;
         double xm=(xmax-xmin)/2;//计算节点个维度上的半边长
         double ym=(ymax-ymin)/2;
         double zm=(ymax-ymin)/2;
         //递归创建子树，根据每一个节点所处（是几号节点）的位置决定其子结点的坐标。
         createOctree(root->top_left_front,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymax-ym,ymax,zmax-zm,zmax);
         createOctree(root->top_left_back,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymin,ymax-ym,zmax-zm,zmax);
         createOctree(root->top_right_front,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymax-ym,ymax,zmax-zm,zmax);
         createOctree(root->top_right_back,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymin,ymax-ym,zmax-zm,zmax);
         createOctree(root->bottom_left_front,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymax-ym,ymax,zmin,zmax-zm);
         createOctree(root->bottom_left_back,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymin,ymax-ym,zmin,zmax-zm);
         createOctree(root->bottom_right_front,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymax-ym,ymax,zmin,zmax-zm);
         createOctree(root->bottom_right_back,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymin,ymax-ym,zmin,zmax-zm);
     }
 }
 int i=1;
 //先序遍历八叉树
 template <class T>
 void preOrder( OctreeNode<T> * & p)
 {
     if(p)
     {
         cout<<i<<".当前节点的值为："<<p->data<<"/n坐标为：";
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         i+=1;
         cout<<endl;
         preOrder(p->top_left_front);
         preOrder(p->top_left_back);
         preOrder(p->top_right_front);
         preOrder(p->top_right_back);
         preOrder(p->bottom_left_front);
         preOrder(p->bottom_left_back);
         preOrder(p->bottom_right_front);
         preOrder(p->bottom_right_back);
         cout<<endl;
     }
 }
 //求八叉树的深度
 template<class T>
 int depth(OctreeNode<T> *& p)
 {
     if(p == NULL)
         return -1;
     int h = depth(p->top_left_front);
     return h+1;
 }
 //计算单位长度，为查找点做准备
 int cal(int num)
 {
     int result=1;
     if(1==num)
         result=1;
     else
     {
         for(int i=1;i<num;i++)
             result=2*result;
     }
     return result;
 }
 //查找点
 int maxdepth=0;
 int times=0;
 static double xmin=0,xmax=0,ymin=0,ymax=0,zmin=0,zmax=0;
 int tmaxdepth=0;
 double txm=1,tym=1,tzm=1;
 template<class T>
 void find(OctreeNode<T> *& p,double x,double y,double z)
 {
     double xm=(p->xmax-p->xmin)/2;
     double ym=(p->ymax-p->ymin)/2;
     double zm=(p->ymax-p->ymin)/2;
     times++;
     if(x>xmax || x<xmin || y>ymax || y<ymin || z>zmax || z<zmin)
     {
         cout<<"该点不在场景中！"<<endl;
         return;
     }
     if(x<=p->xmin+txm && x>=p->xmax-txm && y<=p->ymin+tym && y>=p->ymax-tym && z<=p->zmin+tzm && z>=p->zmax-tzm )
     {
         cout<<endl<<"找到该点！"<<"该点位于"<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<"节点内！"<<endl;
         cout<<"共经过"<<times<<"次递归！"<<endl;
     }
     else if(x<(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->bottom_left_back,x,y,z);
     }
     else if(x<(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->top_left_back,x,y,z);
     }
     else if(x>(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->bottom_right_back,x,y,z);
     }
     else if(x>(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->top_right_back,x,y,z);
     }
     else if(x<(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->bottom_left_front,x,y,z);
     }
     else if(x<(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->top_left_front,x,y,z);
     }
     else if(x>(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->bottom_right_front,x,y,z);
     }
     else if(x>(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))
     {
         cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;
         cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;
         cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;
         cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;
         cout<<endl;
         find(p->top_right_front,x,y,z);
     }
 }
 //main函数
 int main ()
 {
     OctreeNode<double> * rootNode = NULL;
     int choiced = 0;
     while(true)
     {
         system("cls");
         cout<<"请选择操作：/n";
         cout<<"1.创建八叉树 2.先序遍历八叉树/n";
         cout<<"3.查看树深度 4.查找节点   /n";
         cout<<"0.退出/n/n";
         cin>>choiced;
         if(choiced == 0)
             return 0;
         else if(choiced == 1)
         {
             system("cls");
             cout<<"请输入最大递归深度："<<endl;
             cin>>maxdepth;
             cout<<"请输入外包盒坐标，顺序如下：xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax"<<endl;
             cin>>xmin>>xmax>>ymin>>ymax>>zmin>>zmax;
             if(maxdepth>=0 || xmax>xmin || ymax>ymin || zmax>zmin || xmin>0 || ymin>0 ||zmin>0)
             {
                 tmaxdepth=cal(maxdepth);
                 txm=(xmax-xmin)/tmaxdepth;
                 tym=(ymax-ymin)/tmaxdepth;
                 tzm=(zmax-zmin)/tmaxdepth;
                 createOctree(rootNode,maxdepth,xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax);
             }
             else
             {
                 cout<<"输入错误！";
                 return 0;
             }
         }
         else if(choiced == 2)
         {
             system("cls");
             cout<<"先序遍历八叉树结果：/n";
             i=1;
             preOrder(rootNode);
             cout<<endl;
             system("pause");
         }
         else if(choiced == 3)
         {
             system("cls");
             int dep = depth(rootNode);
             cout<<"此八叉树的深度为"<<dep+1<<endl;
             system("pause");
         }
         else if(choiced == 4)
         {
             system("cls");
             cout<<"请输入您希望查找的点的坐标，顺序如下：x,y,z/n";
             double x,y,z;
             cin>>x>>y>>z;
             times=0;
             cout<<endl<<"开始搜寻该点……"<<endl;
             find(rootNode,x,y,z);
             system("pause");
         }
         else
         {
             system("cls");
             cout<<"/n/n错误选择！/n";
             system("pause");
         }
     }
 }