多边形扫描转换算法

描述多边形扫描转换的扫描线算法的基本步骤多边形扫描转换是计算机图形学中一种常用的算法，用于将输入的多边形进行转换和填充。

其基本步骤包括初始化，活性边表的生成，活性边表的更新和扫描线的处理。

1.初始化首先，需要根据输入的多边形构造一个扫描线填充的边表。

这包括对多边形顶点的排序、计算多边形中的水平线交点，并将边表中的数据初始化为初始值。

2.活性边表的生成活性边表是用来存储和管理与扫描线相交的边的数据结构。

生成活性边表的过程包括两个步骤：-遍历多边形的每一条边，将边与当前扫描线的位置进行比较，如果两者相交，则将这条边添加到活性边表中。

-对活性边表中的边按照交点的水平位置进行排序。

这里可以使用插入排序等算法。

3.活性边表的更新活性边表需要在每次扫描线移动时进行更新。

这包括对活性边表中的边进行更新，以反映新的交点或边的状态的变化。

-对于与当前扫描线相交的边，需要计算其交点，并更新到活性边表中。

-对于已经处理完的边或超出当前扫描线范围的边，从活性边表中移除。

4.扫描线的处理在每次扫描线移动时，需要对当前的活性边表进行处理。

这包括两个子步骤：-将活性边表中的边按照两两成对的方式遍历，找到当前扫描线和这两条边所定义的三角形的上顶点和下顶点。

-将这个三角形的内部填充，并进行显示或存储等处理。

5.继续扫描线的移动在处理完一条扫描线后，需要将扫描线的位置向上移动一个单位，并继续执行第3步和第4步，直到所有的扫描线都被处理完毕。

总结：多边形扫描转换的基本步骤包括初始化、活性边表的生成、活性边表的更新和扫描线的处理。

这个算法通常用于实现对多边形的填充。

在每次扫描线移动时，活性边表需要进行更新，以反映新的交点或变化的边的状态。

扫描线的处理包括遍历活性边表中的边，并根据扫描线和这两条边所定义的三角形的顶点来进行填充。

最后，重复执行扫描线的移动和对活性边表的更新和处理，直到所有的扫描线都被处理完毕。

多边形的扫描转换算法概述多边形的扫描转换算法是计算机图形学中用于将多边形转换为像素的常用算法。

它通过扫描线的方式来确定多边形与像素的相交关系，并将多边形的内部区域填充为指定的颜色。

本文将详细介绍多边形的扫描转换算法的原理、步骤和应用。

原理多边形的扫描转换算法基于扫描线的概念，将多边形的边界线与一条水平线或垂直线进行比较，从而确定多边形的内部和外部区域。

算法的关键在于边界线的处理和内部区域的填充。

步骤多边形的扫描转换算法一般包括以下步骤：1.初始化扫描线的位置和内部区域的填充颜色。

2.遍历多边形的边界线，将其与扫描线比较，确定内部和外部区域。

3.根据内部区域的状态，进行填充颜色。

4.更新扫描线的位置，继续扫描下一条线段，直至完成对所有边界线的处理。

算法详解初始化扫描线在开始进行多边形的扫描转换之前，需要初始化扫描线的位置和内部区域的填充颜色。

一般情况下，扫描线的位置可以从多边形的最低点开始，逐渐向上扫描。

内部区域的填充颜色可以根据具体需求进行选择。

边界线处理多边形的边界线可以由多个线段组成，需要按照一定的顺序进行处理。

一种常用的处理方式是按照边界线的上端点的纵坐标从小到大排序，然后依次处理每条线段。

对于每条线段，通过比较线段的上端点和下端点的纵坐标与扫描线的位置，可以确定线段与扫描线的相交关系。

根据线段的斜率可以进一步确定线段与扫描线的交点。

内部区域填充确定了线段与扫描线的相交关系后，就可以确定内部和外部区域。

一般情况下，内部区域被定义为线段上方的区域，而外部区域被定义为线段下方的区域。

根据内部区域的状态，可以进行填充颜色。

如果内部区域是连续的，则可以使用扫描线的颜色进行填充。

如果内部区域有间隙，则需要采用其他填充算法，如边界填充算法或种子填充算法。

更新扫描线处理完当前线段后，需要更新扫描线的位置，继续扫描下一条线段。

一般情况下，扫描线的位置会逐渐向上移动，直至到达多边形的最高点。

应用多边形的扫描转换算法在计算机图形学中有广泛的应用。

X-扫描线算法多边形的扫描转换（X-扫描线算法）⼀、两种表⽰⽅法把多边形的顶点表⽰转换为点阵表⽰称为多边形的扫描转换。

⼆、X-扫描线算法 图1 图21.步骤a. 求交b. 排序：把所有交点按递增顺序排序为何要进⾏排序？答：按交点x值递增排序，确保交点两两配对时填充区间的正确性。

c. 交点配对：确定填充区间d. 区间填⾊2.交点取舍（当扫描线与多边形顶点相交时，交点如何取舍？）两边只取1，同边0或2。

三、X-扫描线算法的改进1. 三⽅⾯的改进a. 处理⼀条扫描线，仅对与它相交的多边形的边（有效边）进⾏求交运算。

（也就是避免把所有的边都进⾏求交，因为⼤部分的边求交结果为空。

所以设置⼀个表来记录有效边。

即下⾯提到的AET）b. 考虑边的连贯性：当前扫描线与各边的交点顺序与下⼀条扫描线与各边的交点顺序很可能相同或⾮常相似。

c. 多边形的连贯性：当某条边与当前扫描线相交时，它很可能也与下⼀条扫描线相交。

2.数据结构通过引⼊新的数据结构来避免求交运算(1)活性边表a. 活性边表（AET）:把和当前扫描线相交的边称为活性边，并把它们按交点x坐标递增的顺序存于⼀个链表中。

b. 结点内容Δx=1/k，y max 是为了知道何时达到边界c. 举例(2)新边表(NET)建⽴AET需要知道与哪些边相交，所以定义NET来存储边的信息，从⽽⽅便AET的建⽴。

a. 构造⼀个纵向链表，长度为多边形占有的最⼤扫描线数。

每个节点（称为吊桶）对应多边形覆盖的⼀条扫描线。

b. 结点内容y max：该边的y最⼤值x min：该边较低点的x坐标c. NET挂在与该边较低端y值相同的扫描线吊桶中此时NET也就记录了6条有效边(3)NET与AET的使⽤流程⾸先我们得明⽩，AET的⽬的是为了使⽤增量⽅法避免求交运算，⽽NET是⽤在构造AET的。

a. 所以第⼀步为构造NET。

⽅法：遍历所有扫描线，把y min = i 的边放进NET[ i ]中，从⽽构造出整个NET。

贵州大学计算机图形学实验报告学院：计算机科学与信息学院专业：软件工程班级：反映）根据扫描线的连贯性可知：一条扫描线与多边形的交点中，入点和出点之间所有点都是多边形的内部点。

所以，对所有的扫描线填充入点到出点之间的点就可填充多边形。

如何具体实现（如何找到入点、出点）？根据区域的连贯性，分为3个步骤：(1)求出扫描线与多边形所有边的交点；(2)把这些交点按x坐标值以升序排列；(3)对排序后的交点进行奇偶配对，对每一对交点间的区域进行填充。

步骤(3)如上图：对y＝8的扫描线，对交点序列按x坐标升序排序得到的交点序列是(2,4,9,13)，然后对交点2与4之间、9与13之间的所有象素点进行填充。

求交点、排序、配对、填色利用链表：与当前扫描线相交的边称为活性边(Active Edge)，把它们按与扫描线交点x坐标递增的顺序存入一个链表中，称为活性边表AEL (AEL， Active Edge List)。

它记录了多边形边沿扫描线的交点序列。

AEL中每个对象需要存放的信息：ymax：边所交的最高扫描线；x：当前扫描线与边的交点；Δx：从当前扫描线到下一条扫描线之间的x增量next：指向下一对象的指针。

伪码：建立ET，置y为ET中非空桶的最小序号；置AEL表为空，且把y桶中ET表的边加入AEL表中；while AEL表中非空do begin对AEL表中的x、Δx按升序排列；按照AEL表中交点前后次序，在每对奇偶交点间的x段予以填充；计算下一条扫描线：y=y+1；if 扫描线y=ymax then 从AEL表中删除这些边；对在AEL表中的其他边，计算与下一条扫描线的交点：x=x +Δx 按照扫描线y值把ET表中相应桶中的边加入AEL表中；endend of algorithm二、区域填充算法：区域可采用两种表示形式:内点表示枚举区域内部的所有像素；内部的所有像素着同一个颜色；边界像素着不同的颜色。

边界表示：枚举出边界上所有的像素；边界上的所有像素着同一颜色；内部像素着不同的颜色。

多边形的扫描转换图形学中多边形有两种表示方法：多边形的顶点表示与点阵表示。

顶点表示用多边形的顶点序列来刻画多边形；点阵表示则是用位于多边形内的像素的集合来刻画多边形。

扫描转换多边形或多边形的填充：从多边形的顶点信息出发，求出位于其内部的各个像素，并将其颜色值写入帧缓存中相应单元的过程。

x-扫描线算法基本思想：如下图所示，按扫描线顺序，计算扫描线与多边形的相交区间，再用要求的颜色显示这些区间的所有像素。

图5-8 x-扫描线算法填充多边形算法步骤：(1)确定多边形所占有的最大扫描线数，得到多边形顶点的最小和最大y值（ymin和ymax）。

(2)从y=ymin到y=ymax，每次用一条扫描线进行填充。

填充过程可分为四个步骤：a.求交：计算扫描线与多边形各边的交点；b.排序：把所有交点按照递增顺序进行排序；c.交点配对：交点两两配对，表示扫描线与多边形的一个相交区间；d.区间填色：将相交区间内的像素置成不同于背景色的填充色。

存在问题：当扫描线与多边形顶点相交时，交点的取舍问题。

如下图所示，在扫描线y=1，y=5和y=7时，扫描线过多边形的顶点，若不加以处理，交点配对时会发生错误。

图5-9 与多边形相交的交点的处理解决方法：当扫描线与多边形的顶点相交时，若共享顶点的两条边分别落在扫描线的两边，交点只算一个；若共享顶点的两条边在扫描线的同一边，这时交点作为零个或两个。

实际处理时，只要检查顶点的两条边的另外两个端点的Y值，两个Y值中大于交点Y值的个数是0，1，2，来决定取0，1，2个交点。

改进的有效边表算法由于x-扫描线算法在处理每条扫描线时，需要与多边形所有的边求交，效率很低，因此需要加以改进，形成改进的有效边表算法。

改进原理：(1)处理一条扫描线时，仅对有效边求交。

(2)利用扫描线的连贯性，即当前扫描线与各边的交点顺序与下一条扫描线与各边的交点顺序很可能相同或非常相似。

(3)利用多边形边的连贯性，即当某条边与当前扫描线相交时，它很可能也与下一条扫描线也相交：若边的直线斜率为k，这样边与两条相邻扫描线的交点有如下关系：xi+1=xi+1/k。

多边形扫描算法⼀、多边形的扫描转换⼀、1、定义：把多边形的顶点表⽰转化为点阵表⽰（就是已知多边形的边界，如何找到多边形内部的点，即把多边形内部填上颜⾊）2、表⽰⽅法：顶点表⽰和点阵表⽰3.顶点表⽰:是⽤多边形的顶点序列来表⽰多边形。

优点：这种表⽰直观、⼏何意义强。

占内存少，易于进⾏⼏何变换。

缺点：没有明确指出哪些像素在多边形内，故不能直接⽤于⾯着⾊。

4、点阵表⽰：⽤位于多边形内的像素集合来刻画多边形优点：是光栅显⽰系统显⽰时所需的表现形式缺点：丢失了许多⼏何信息（如边界，顶点等）5.多边形分类：1>凸多边形：任意两点的连线均在多边形内2>凹多边形：两顶点的连线有可能不在多边形内3>含内环的多边形：多边形内包含多边形多边形扫描算法对这三种多变形均应满⾜。

⼆、X-扫描线算法1、基本思想：按扫描线顺序，计算扫描线与多边形的相交区间，再⽤要求的颜⾊显⽰这些区间的像素，即完成填充⼯作。

2、算法核⼼：按X递增顺序排列交点的X坐标序列3、算法步骤：1>确定多边形所占有的最⼤扫描线数，得到多边形顶点的最⼩和最⼤的y值2>从Ymin到Ymax,每次⽤⼀条扫描线进⾏填充3>对⼀条扫描线进⾏填充可分为4个步骤：A、求交：计算扫描线与多边形各边的交点B、排序：把所有交点按递增顺序进⾏排序C、交点配对：交点的个数应保证为偶数个D、区间填⾊：把相交区间内的像素置成填充⾊4、当扫描线与多边形顶点相交时，交点的取舍问题：1>若共享顶点的两条边分别落在扫描线的两边，交点算⼀个2>若共享顶点的两条边在扫描线的同⼀边，交点算零个或两个（检查若共享顶点的两条边的另外两个端点的y值，若在共享顶点的下⽅，则算0，在上⽅，则算2）举例计算交点个数：5、为了计算每条扫描线与多边形各边的交点，最简单的⽅法是把多边形的所有边放在⼀个表中。

在处理每条扫描线时，按顺序从表中取出所有的边，分别于扫描线求交但是效率极低（求交计算量⼤，⽐如说有100个多边形，每个多边形有5条边，就要算100*5*768次求交运算）所以尽量不求交！三、改进的X-扫描线算法1、从三⽅⾯考虑改进：1>在处理扫描线时，仅对与它相交的多边形边（有效边）进⾏求交运算2>考虑扫描线的连贯性：即当前扫描线与各边的交点顺序与下⼀条扫描线与各边的交点顺序相同或相似3>考虑多边形的连贯性：即当某条边与当前扫描线相交时，它很可能也与下⼀条扫描线相交为避免求交运算，引⼊⼀种数据结构：（1）活性边表：把与当前扫描线相交的边称为活性边（有效边），并把他们按与扫描线交点x坐标递增的顺序存放在⼀个链表中。

描述多边形扫描转换的扫描线算法的基本步骤实验目的：实现从多边形顶点表示到点阵表示的转换，从多边形给定的边界出发，通过扫描线的方式求出位于其内部各个像素，从而达到对多边形填充的作用。

算法思想：按扫描线顺序，计算扫描线与多边形的相交的交点，这些交点将扫描线分割成落在多边形内部的线段和落在多边形外部的线段，并且二者相间排列。

再用要求的颜色显示这些区间的所有象素。

管用边：指与当前扫描线相交的多边形的边，也称为活线边。

管用边表（AET）：把管用边按与扫描线交点x 坐标递增的顺序存在一个链表中，此链表称为管用边表。

只需对当前扫描线的活动边表作更新，即可得到下一条扫描线的活动边表。

为了方便灵活边表的建立与更新，我们为每一条扫描线建立一个新边表NET，用来存放在该扫描线出现的边。

存储内容为：ymax：边的上端点的y 坐标；x：在ET 中表示边的下端点的x 坐标，在AEL 中则表示边与扫描线的交点的坐标；Δx：边的斜率的倒数；next：指向下一条边的指针。

算法步骤：1、大致确定多边形的范围，进而确定扫描线的范围2、初始化并建立NET 表3、遍历每一条扫描建立ET：对于每一个多边形点，寻找与其构成边的两点，如果寻找到的点在此点的上方（即y0小于y1）,则将此边加入到ET[i]中（i 对应的y0 的坐标）。

这样每次加入的边都是向上，不会重复。

4、置AET 为空；5、执行下列步骤直至NET 和AET 都为空．A.更新。

如ET 中的y 非空，则将其中所有边取出并插入AET 中；B.填充。

对AEL 中的边两两配对，每对边中x 坐标按规则取整，获得管用的填充区段，再填充．C.排序。

如果有新边插入AET，则对AET 中各边排序；D.删除。

将AEL 中满足y=ymax 边删去（因为每条边被看作下闭上开的）E.对AEL 中剩下的每一条边的x 递增Δx，即x = x+Δx;F.将当前扫描线纵坐标y 值递值1；。

实验3 多边形的扫描转换与区域填充算法一、实验目的理解和掌握多边形的扫描转换算法。

二、实验内容X--扫描线填充算法实现对多边形内部的填充（1）算法步骤：X——扫描线算法填充多边形的原理见下图。

每一条扫描线被多边形分成几段，每一段要么在多边形内，要么在多边形外，在内的填充（用线型、点或颜色），在外的则舍弃。

图3-1 X----扫描线算法填充多边形（2）算法步骤：1)按多边形的各顶点y坐标大小排序，确定多边形所占有的最大扫描线数，得到多边形顶点的最小和最大y值（y min和y max）；2)从y=y min到y=y max，每次用一条扫描线进行填充；3)对一条扫描线填充的过程可分为四个步骤：a.求交：一般情况交点是偶数，特殊情况见下面介绍的存在问题；b.排序：若交点多于两个，则按x大小排序（小的在前），并建立焦点表；c.交点配对：在扫描线上从单点到双点（即第一个与第二个，第三个与第四个等等）按序构成交点对；d.区间填色：在扫描线上对每一交点配对进行填充。

（3）存在问题：当扫描线与多边形顶点相交时，交点的取舍问题。

解决方法：当扫描线与多边形的顶点相交时，•若共享顶点的两条边分别落在扫描线的两边，交点只算一个；•若共享顶点的两条边在扫描线的同一边，这时交点作为零个或两个。

如下图3-2所示。

图3-2 与多边形顶点相交的交点的处理和与扫描线相交的多边形顶点的交点数三、实验要求验证并理解扫描线算法四、实验环境1、PC微机；2、DOS操作系统或Windows 操作系统；3、Turbo C 程序集成环境或Visual C++ 程序集成环境。

五、实验步骤1、理解和掌握对多边形的扫描线填充算法和种子填充算法；2、根据算法编写程序对多边形进行填充；3、对程序进行编译，纠正程序中可能出现的语法错误；4、测试程序运行效果：从键盘输入数据，在屏幕上输出，检查输出结果。

六、测试数据自定义七、实验报告实验报告模板如下：实验报告三附参考程序void CMyView::OnFillScanfill(){for(int i=0; i<7; i++)//建立边表{//边的斜率的倒数edge[i].dx=(float)(spt[i+1].x-spt[i].x)/(spt[i+1].y-spt[i].y);edge[i].num=i;if(spt[i].y<=spt[i+1].y){edge[i].ymin=spt[i].y;edge[i].ymax=spt[i+1].y;edge[i].xmin=(float)spt[i].x;edge[i].xmax=(float)spt[i+1].x;}else{edge[i].ymin=spt[i+1].y;edge[i].ymax=spt[i].y;edge[i].xmin=(float)spt[i+1].x;edge[i].xmax=(float)spt[i].x;}//ymin, ymax;//xmin, xmax,dx;//min中存放y最小点的坐标,dx存放导数的倒数}for(int r=1; r<7; r++) //排序edge(yUpper，xIntersect),交换排序{ //最上面是ymin最大的，最下面是最小的ymin for(int q=0; q<7-r; q++){if(edge[q].ymin < edge[q+1].ymin){newedge[0] = edge[q];edge[q] = edge[q+1];edge[q+1] = newedge[0];}}}//求最大、最小y值int pmin = 100000,pmax = -100000;for(i=0; i<7; i++){if (pmax < spt[i].y)pmax = spt[i].y;if (pmin > spt[i].y)pmin = spt[i].y;}CDC* pDC=GetDC();CPen newpen(PS_SOLID,1,RGB(0,255,0));CPen *old=pDC->SelectObject(&newpen);int j,s;int p[5]; //每根扫描线交点s=0;for(int scan=pmax-1; scan>pmin+1; scan--){int b=0;//k = s;for(j=s; j<7; j++){//scan在线段中间if((scan>edge[j].ymin)&&(scan<=edge[j].ymax))//判断与线段相交{//scan扫过边的上端点if(scan == edge[j].ymax){//相邻的两边的另外两点，与0，1，2计数if(spt[edge[j].num+1].y < edge[j].ymax){b++;p[b]=(int)edge[j].xmax;}if(spt[edge[j].num-1].y < edge[j].ymax){b++;p[b]=(int)edge[j].xmax;}}//和端点不相交，交于中间if((scan>edge[j].ymin)&&(scan<edge[j].ymax)){b++;p[b]=(int)(edge[j].xmax+edge[j].dx*(scan-edge[j].ymax));}}//pDC->LineTo(spt[edge[0].num].x,spt[edge[0].num].y);if(scan<=edge[j].ymin)s=j; //记录扫描的边edge已经由ymin排序，大到小排了}////////////////////////////////////////////////////////////////////////////p需要排序///if(b>1){ //1_2,3_4,5_6for(int u=1; u<b; u++){pDC->MoveTo(p[u],scan);u++;pDC->LineTo(p[u],scan);}}for (int kk=0; kk<100; kk++)delay();}pDC->SelectObject(old);}。

C++多边形扫描转换算法核心提示：最近学习计算机图形学,写了个多边形扫描转换算法,贴出来分享一下;MFC还不是太明白,主要还是使用OnDraw函数...最近学习计算机图形学,写了个多边形扫描转换算法,贴出来分享一下; MFC还不是太明白,主要还是使用OnDraw函数...大家多指教...void CPolyFillView::OnDraw(CDC* pDC){CPolyFillDoc* pDoc = GetDocument();ASSERT_VALID(pDoc);// TODO: add draw code for native data hereconst int POINTNUM=6; //多边形点数./定义结构体用于活性边表AET和新边表NET/typedef struct XET{float x;float dx,ymax;XET* next;}AET,NET;/定义点结构体point*/struct point{float x;float y;}polypoint[POINTNUM]={250,50,550,150,550,400,250,250,100,35 0,100,100};//多边形顶点//mypoint[POINTNUM]={100,100,200,100,200,200,100,200};//正方形/计算最高点的y坐标(扫描到此结束)**/int MaxY=0;int i;for(i=0;i<POINTNUM;i++)if(polypoint[i].y>MaxY)MaxY=polypoint[i].y;/*初始化AET表/AET *pAET=new AET;pAET->next=NULL;/初始化NET表*/NET *pNET[1024];for(i=0;i<=MaxY;i++){pNET[i]=new NET;pNET[i]->next=NULL;}/扫描并建立NET表*/for(i=0;i<=MaxY;i++){for(int j=0;j<POINTNUM;j++)if(polypoint[j].y==i)if(polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].y>polypoint[j].y){NET *p=new NET;p->x=polypoint[j].x;p->ymax=polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].y;p->dx=(polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].x-polypoint[j].x)/ (polypoint[(j-1+POINTNUM)%POINTNUM].y-polypoint[j].y);p->next=pNET[i]->next;pNET[i]->next=p;}if(polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].y>polypoint[j].y){NET *p=new NET;p->x=polypoint[j].x;p->ymax=polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].y;p->dx=(polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].x-polypoint[j].x) /(polypoint[(j+1+POINTNUM)%POINTNUM].y-polypoint[j].y);p->next=pNET[i]->next;pNET[i]->next=p;}}}/建立并更新活性边表AET/for(i=0;i<=MaxY;i++)//计算新的交点x,更新AET/ NET *p=pAET->next; while(p){p->x=p->x + p->dx;p=p->next;}//更新后新AET先排序。