实域填充算法
一、综述
两种实域填充方法：有序边表和种子算法。
在MFC环境中实现上述两种算法绘制凹凸多边形并从计算效率上，对两种算法进行比较。
二、程序框架
MFC程序
- cgDrawFillpolyView.h为视图层的头文件，负责声明各种成员变量和成员函数；
- cgDrawFillpolyView.cpp为视图层的源文件，负责实现并规划调用填充算法、计算时间求值。
- CSelectControl.h为窗口面板中的按键及文本定义成员变量及成员函数。
- CSelectControl.cpp实现面板的功能，如点击按键绘制填充多边形、显示计算时长等。
三、算法描述
1. 有序边表算法
基本原理：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。
（1）在实现中首先需要对多边形的每一条边进行处理操作，因为是采用水平线扫描填充，所以对于水平线不做处理。对其余边根据端点的y值大小进行排序，保存yMax，yMin，Xa(相对应的x坐标)以及Dx(斜率的倒数)。
（2）在进行扫描的过程中，很重要的一部分操作便是求交边集指针的移动。初始状态位0，在扫描线开始向下移动后，调用Include()函数，检查是否有边进入扫描线交集(即判断所有y最大值大于扫描线当前y值的边线)，此时将m_End++，即尾指针向后移动。在Include()函数中，也会调整起始点位置，将Dx调整为位移量。
（3）之后调用UpdateXvalue()函数，判断是否有边退出求交边集。如果没有边退出，则移动x，并根据x值大小进行排序。有边退出，更新数组，删除该边，m_Begin++，即头指针向后移动。
（4）调用pFillScan(pDC)函数，进行填充。
（5）m_Scan--，回到第二步进行循环，直到m_Begin==m_End。
2. 种子算法
(1)初始化：堆栈置空。将种子点(x,y)入栈。
(2)出栈：若栈空则结束。否则取栈顶元素(x,y)，以y作为当前扫描线。
(3)填充并确定种子点所在区段：从种子点(x,y)出发，沿当前扫描线向左、右两个方向填充，直到边界。分别标记区段的左、右端点坐标为xl和xr。
(4)并确定新的种子点：在区间[xl，xr]中检查与当前扫描线y上、下相邻的两条扫描线上的象素。若存在非边界、未填充的象素，则把每一区间的最右象素作为种子点压入堆栈，返回第（2）步。
四、处理流程
主要处理流程为：
在cgDrawFillpolyView.h中定义
void Fillpolygon(int pNumbers, CPoint *points, CDC *pDC);
void ScanLineFill(int x, int y, COLORREF color, CDC* pDC);等
在cgDrawFillpolyView.cpp中完成初始赋值、函数具体实现，函数计算时间
在IDD_SELECTcONTROL中新添加button且添加类向导，添加staticText
通过CSelectControl完成两个填充函数调用，计算用时的展示
五、运行结果
- 当点击“有序边表”绘图
- 当点击“种子”绘图
- 当控制所绘图形相同或相似时，通过时间了解计算效率
六、实验总结
- debug有序边表填充 j误写成i
通过本次实验，首先我对VS的MFC有了一个初步了解与掌握
- 对于区域填充、图像填充等算法，有了更深刻的认识，也有提高手速，对mfc功能进一步熟练掌握。
- 难点：
-
难以调用种子填充，不知如何取出一个多边形内部点，考虑到多边形形状不规律性，且不希望用端点实现，最后处理如下：
-
最初想用边界颜色来作为种子填充的判别条件之一，但是由于对setROP2（2）了解不足，很难取到边界颜色，改用不利用边界颜色判定方法，耗时不短，后来意识到非常容易直接取最后双击点颜色即可。
-
计算效率比对，想利用同一个多边形轮廓，不同填充方法，进行更直观的展示，多方研究未能实现，只能先选择方法再绘制相似图形统计计算时间
收获良多，谢谢。
核心代码：
扫描线种子填充:
int SetRP(int x, int y, COLORREF newColor, COLORREF oldColor, CDC *pDC) {
while (pDC->GetPixel(CPoint(x, y)) == oldColor) {
pDC->SetPixel(x, y, newColor);
x++;
}
return x - 1;
}
int SetLP(int x, int y, COLORREF newColor, COLORREF oldColor, CDC *pDC) {
while (pDC->GetPixel(CPoint(x - 1, y)) == oldColor) {
--x;
pDC->SetPixel(x, y, newColor);
}
return x + 1;
}
void NewLineSeed(stack<CPoint> *p, int xl, int xr, int y, COLORREF newColor, COLORREF oldColor, CDC *pDC) {
int x, e;
for (x = xl + 1, e = xr + 1; x < e; x++) {
//找出每一个区间的最右像素，入栈
if (pDC->GetPixel(CPoint(x, y)) != oldColor) {
if (pDC->GetPixel(CPoint(x - 1, y)) == oldColor)
p->push(CPoint(x - 1, y));
}
}
//把rx所在点入栈
if (pDC->GetPixel(CPoint(x - 1, y)) == oldColor)
p->push(CPoint(x - 1, y));
}
void Ccg2020YBHFillpolyView::ScanLineFill(int x, int y, COLORREF color, CDC *pDC)
{
int pRight, pLeft;
stack<CPoint> p;
int oldColor = pDC->GetPixel(x, y); //给定种子
p.push(CPoint(x, y));
while (!p.empty()) {
CPoint p1 = p.top(); //栈顶像素出栈
p.pop();
pRight = SetRP(p1.x, p1.y, color, oldColor, pDC); //向左向右进行填充
pLeft = SetLP(p1.x, p1.y, color, oldColor, pDC);
//上下两条扫描线处理
NewLineSeed(&p, pLeft, pRight, p1.y + 1, color, oldColor, pDC);
NewLineSeed(&p, pLeft, pRight, p1.y - 1, color, oldColor, pDC);
}
}
有序边表法填充:
void Ccg2020YBHFillpolyView::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
pInclude(); //检查是否有边进入扫描线
pUpdateXvalue(); //检查是否有边退出扫描线
while (m_Begin != m_End) {
pFillScan(pDC);
m_Scan--;
pInclude();
pUpdateXvalue();
}
}
void Ccg2020YBHFillpolyView::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 Ccg2020YBHFillpolyView::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 Ccg2020YBHFillpolyView::pInclude() {
//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 Ccg2020YBHFillpolyView::pUpdateXvalue() {
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 Ccg2020YBHFillpolyView::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 Ccg2020YBHFillpolyView::pFillScan(CDC *pDC) {
// int x, y;
pDC->SetROP2(2);
for (int i = m_Begin; i < m_End; i += 2)
{
pDC->MoveTo(m_Xa[i], m_Scan);
pDC->LineTo(m_Xa[i + 1], m_Scan);
/*y = m_Scan;
for (int x = m_Xa[i]; x<m_Xa[i + 1]; x++)
if (m_patternData[y % 7][x % 8])
pDC->SetPixel(x, y, RGB(255, 0, 0));*/
}
}
