区域填充的扫描线算法

贵州大学实验报告学院：计算机科学与信息专业：软件工程班级：102班边界上的象素填充所遵循的规则为:“左闭右开”，“下闭上开”(将左边界和下边界的点算为内部，而将右边界和上边界算为外部)顶点：“上开下闭”。

几种特殊情况：1．扫描线交于一顶点，共享的两条边分另处于扫描线的两边，这时交点只取一个。

2.共享交点的两条边处于扫描线的上方，这时交点取二个。

3．共享交点的两条边处于扫描线的下方，这时交点取0个。

4．水平边在算法中不起任何作用，可不考虑。

活性边表(提高效率)：为了减少求交的计算量，要利用一条边与相继的两条扫描线的交点的连贯性。

在处理一条扫描线时只对活性边（与它相交的多边形的边）进行求交运算。

把交点按x增加方向存在一个链表（活性边表）中。

活性边：与当前扫描线相交的边。

活性边表（AEL）：按交点x的增量顺序存放在一个链表中，该链表称作活性边表（AEL）。

二、种子填充算法种子填充首先假定区域由封闭轮廓线围成，且轮廓线内某点是已知的，然后开始搜索与种子点相邻且位于轮廓线内的点。

如果这相邻点不在轮廓线内，则已达到轮廓线的边界；如果相邻点在轮廓线之内，则这相邻点成为新的种子点，继续搜索下去。

只适用于光栅扫描设备。

区域分类（区域采用边界定义，即区域边界上与边界外的象素取相同值，区域内部的点取不同值）1、四向连通区域：各象素在水平垂直四个方向是边通的。

即从区域内任一点出发，可水平／垂直移动到达区域内任一点。

实验结果运用扫描线算法进行多边形的填充时，截图显示如下：运用扫描线种子算法进行多边形的填充时，截图显示如下：（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）[文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意!]。

c语言多边形区域填充算法C语言多边形区域填充算法一、介绍多边形区域填充算法是计算机图形学中的一项重要技术，用于将给定的多边形区域进行填充，使其呈现出丰富的颜色或纹理，增强图形的效果和表现力。

本文将介绍一种常用的C语言多边形区域填充算法——扫描线填充算法。

二、扫描线填充算法原理扫描线填充算法是一种基于扫描线的填充方法，其基本思想是将多边形区域按照水平扫描线的顺序，从上到下逐行扫描，通过判断扫描线与多边形边界的交点个数来确定是否进入多边形区域。

具体步骤如下：1. 首先，确定多边形的边界，将其存储为一个边表。

边表中的每个边都包含起点和终点的坐标。

2. 创建一个活性边表（AET），用于存储当前扫描线与多边形边界的交点。

初始时，AET为空。

3. 从上到下逐行扫描多边形区域，对每一条扫描线，从边表中找出与该扫描线相交的边，并将其加入AET中。

4. 对于AET中的每一对交点，按照从左到右的顺序两两配对，形成水平线段，将其填充为指定的颜色或纹理。

5. 在扫描线的下一行，更新AET中的交点的坐标，然后重复步骤4，直到扫描到多边形区域的底部。

三、代码实现下面是一个简单的C语言实现扫描线填充算法的示例代码：```#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <stdbool.h>typedef struct {int x;int y;} Point;typedef struct {int yMax;float x;float dx;int next;} Edge;void fillPolygon(int n, Point* points, int color) {// 获取多边形的边界int yMin = points[0].y;int yMax = points[0].y;for (int i = 1; i < n; i++) {if (points[i].y < yMin) {yMin = points[i].y;}if (points[i].y > yMax) {yMax = points[i].y;}}// 创建边表Edge* edges = (Edge*)malloc(sizeof(Edge) * n);int k = n - 1;for (int i = 0; i < n; i++) {if (points[i].y < points[k].y) {edges[i].yMax = points[k].y;edges[i].x = points[i].x;edges[i].dx = (float)(points[k].x - points[i].x) / (points[k].y - points[i].y);edges[i].next = k;} else {edges[i].yMax = points[i].y;edges[i].x = points[k].x;edges[i].dx = (float)(points[i].x - points[k].x) / (points[i].y - points[k].y);edges[i].next = i;}k = i;}// 扫描线填充for (int y = yMin; y < yMax; y++) {int xMin = INT_MAX;int xMax = INT_MIN;for (int i = 0; i < n; i++) {if (y >= edges[i].yMax) {continue;}edges[i].x += edges[i].dx;if (edges[i].x < xMin) {xMin = edges[i].x;}if (edges[i].x > xMax) {xMax = edges[i].x;}int j = edges[i].next;while (j != i) {edges[j].x += edges[j].dx; if (edges[j].x < xMin) {xMin = edges[j].x;}if (edges[j].x > xMax) {xMax = edges[j].x;}j = edges[j].next;}}for (int x = xMin; x < xMax; x++) { drawPixel(x, y, color);}}free(edges);}int main() {// 定义多边形的顶点坐标Point points[] = {{100, 100},{200, 200},{300, 150},{250, 100}};// 填充多边形区域为红色fillPolygon(4, points, RED);return 0;}```四、总结通过扫描线填充算法，我们可以实现对多边形区域的填充，从而提升图形的表现效果。

扫描线算法（Scan-Line F illing）扫描线算法适合对矢量图形进行区域填充，只需要直到多边形区域的几何位置，不需要指定种子点，适合计算机自动进行图形处理的场合使用，比如电脑游戏和三维CAD软件的渲染等等。

对矢量多边形区域填充，算法核心还是求交。

《计算几何与图形学有关的几种常用算法》一文给出了判断点与多边形关系的算法――扫描交点的奇偶数判断算法，利用此算法可以判断一个点是否在多边形内，也就是是否需要填充，但是实际工程中使用的填充算法都是只使用求交的思想，并不直接使用这种求交算法。

究其原因，除了算法效率问题之外，还存在一个光栅图形设备和矢量之间的转换问题。

比如某个点位于非常靠近边界的临界位置，用矢量算法判断这个点应该是在多边形内，但是光栅化后，这个点在光栅图形设备上看就有可能是在多边形外边（矢量点没有大小概念，光栅图形设备的点有大小概念），因此，适用于矢量图形的填充算法必须适应光栅图形设备。

2.1扫描线算法的基本思想扫描线填充算法的基本思想是：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。

多边形被扫描完毕后，颜色填充也就完成了。

扫描线填充算法也可以归纳为以下4个步骤：（1）求交，计算扫描线与多边形的交点（2）交点排序，对第2步得到的交点按照x值从小到大进行排序；（3）颜色填充，对排序后的交点两两组成一个水平线段，以画线段的方式进行颜色填充；（4）是否完成多边形扫描？如果是就结束算法，如果不是就改变扫描线，然后转第1步继续处理；整个算法的关键是第1步，需要用尽量少的计算量求出交点，还要考虑交点是线段端点的特殊情况，最后，交点的步进计算最好是整数，便于光栅设备输出显示。

对于每一条扫描线，如果每次都按照正常的线段求交算法进行计算，则计算量大，而且效率底下，如图（6）所示：图（6）多边形与扫描线示意图观察多边形与扫描线的交点情况，可以得到以下两个特点：（1）每次只有相关的几条边可能与扫描线有交点，不必对所有的边进行求交计算；（2）相邻的扫描线与同一直线段的交点存在步进关系，这个关系与直线段所在直线的斜率有关；第一个特点是显而易见的，为了减少计算量，扫描线算法需要维护一张由“活动边”组成的表，称为“活动边表（AET）”。

cad 区域填充的算法
CAD区域填充是一种用于计算机辅助设计软件中的算法，用于在指定区域内填充颜色。

这个算法基于扫描线填充方法，它从图形的顶部开始
扫描，逐行地将颜色填充到区域中。

具体而言，CAD区域填充算法可以通过以下步骤来实现：
1. 选择一个起始点，并确保该点位于待填充区域内。

2. 在当前扫描线上，从起始点开始向左和向右移动，找到左和右边界。

这可以通过检测不同颜色或图形边界来确定。

3. 填充当前扫描线的像素点，从左边界到右边界之间的像素。

4. 移动到下一行，通过向下移动一行并在新的扫描线上重复步骤2和
步骤3，直到所有行都被处理完毕或者遇到边界。

5. 当遇到边界或结束时，停止填充过程。

需要注意的是，在实际应用中，为了提高效率和减少计算量，可以使
用一些优化策略来加速CAD区域填充算法的执行，例如边界框剪裁和
扫描线段合并。

总之，CAD区域填充算法是一种实现图形填充的重要方法，它可以在计算机辅助设计软件中帮助用户快速填充指定区域并实现更好的可视化
效果。

扫描线算法（Scan-Line F illing）扫描线算法适合对矢量图形进行区域填充，只需要直到多边形区域的几何位置，不需要指定种子点，适合计算机自动进行图形处理的场合使用，比如电脑游戏和三维CAD软件的渲染等等。

对矢量多边形区域填充，算法核心还是求交。

《计算几何与图形学有关的几种常用算法》一文给出了判断点与多边形关系的算法――扫描交点的奇偶数判断算法，利用此算法可以判断一个点是否在多边形内，也就是是否需要填充，但是实际工程中使用的填充算法都是只使用求交的思想，并不直接使用这种求交算法。

究其原因，除了算法效率问题之外，还存在一个光栅图形设备和矢量之间的转换问题。

比如某个点位于非常靠近边界的临界位置，用矢量算法判断这个点应该是在多边形内，但是光栅化后，这个点在光栅图形设备上看就有可能是在多边形外边（矢量点没有大小概念，光栅图形设备的点有大小概念），因此，适用于矢量图形的填充算法必须适应光栅图形设备。

扫描线算法的基本思想扫描线填充算法的基本思想是：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。

多边形被扫描完毕后，颜色填充也就完成了。

扫描线填充算法也可以归纳为以下4个步骤：（1）求交，计算扫描线与多边形的交点（2）交点排序，对第2步得到的交点按照x值从小到大进行排序；（3）颜色填充，对排序后的交点两两组成一个水平线段，以画线段的方式进行颜色填充；（4）是否完成多边形扫描？如果是就结束算法，如果不是就改变扫描线，然后转第1步继续处理；整个算法的关键是第1步，需要用尽量少的计算量求出交点，还要考虑交点是线段端点的特殊情况，最后，交点的步进计算最好是整数，便于光栅设备输出显示。

对于每一条扫描线，如果每次都按照正常的线段求交算法进行计算，则计算量大，而且效率底下，如图（6）所示：图（6）多边形与扫描线示意图观察多边形与扫描线的交点情况，可以得到以下两个特点：（1）每次只有相关的几条边可能与扫描线有交点，不必对所有的边进行求交计算；（2）相邻的扫描线与同一直线段的交点存在步进关系，这个关系与直线段所在直线的斜率有关；第一个特点是显而易见的，为了减少计算量，扫描线算法需要维护一张由“活动边”组成的表，称为“活动边表（AET）”。

区域填充的扫描线算法区域填充是一种常见的计算机图形学算法，用于将一个封闭区域内的所有像素点填充为指定的颜色。

扫描线算法是区域填充的一种常用方法，本文将介绍扫描线算法的基本原理、实现步骤和一些优化技巧。

扫描线算法的基本原理是利用扫描线从图像的上边界向下扫描，检测每个扫描线与区域的交点。

当遇到一个交点时，根据该交点的左右两侧的交点情况，确定将该交点连接到哪个交点上。

通过不断地扫描和连接交点，最终将整个区域填充为指定的颜色。

下面是扫描线算法的具体实现步骤：1.首先需要确定区域的边界，可以由用户提供或通过其他算法生成。

边界可以用一系列的线段、多边形或曲线表示。

2. 创建一个数据结构来存储每个扫描线与区域的交点。

常用的数据结构是活性边表（Active Edge Table，AET）和扫描线填充表（Scanline Fill Table，SFT）。

AET用于存储当前扫描线与区域边界的交点，SFT用于存储所有扫描线的交点。

3.初始化扫描线的起始位置为图像的上边界，并创建一个空的AET。

4.开始扫描线的循环，直到扫描线到达图像的下边界。

每次循环都进行以下操作：-将扫描线与区域边界进行相交，找出所有与区域相交的线段，并将它们的交点加入到AET中。

-对AET按照交点的x坐标进行排序。

-从AET中取出相邻的两个交点，根据这两个交点之间的像素点是否在区域内来决定是否填充这些像素点。

5.当扫描线到达图像的下边界时，完成填充。

扫描线算法的实现可能会遇到一些边界情况和优化需求。

下面是一些常见的优化技巧：1.边界处理：在AET中存储的交点需要进行边界处理，确保交点处于图像范围内。

2.垂直线段处理：对于垂直线段，可以进行特殊处理，避免在AET中重复存储相同的交点。

3.区域内部边界处理：当区域内部有不连续的边界时，需要对交点进行合并，避免出现多余的像素点填充。

4.使用扫描线填充算法优化：对于大尺寸的区域填充，可以使用扫描线填充算法进行优化。

计算机图形学——区域填充算法（基本光栅图形算法）⼀、区域填充概念区域：指已经表⽰成点阵形式的填充图形，是象素的集合。

区域填充：将区域内的⼀点（常称【种⼦点】）赋予给定颜⾊，然后将这种颜⾊扩展到整个区域内的过程。

区域填充算法要求区域是连通的，因为只有在连通区域中，才可能将种⼦点的颜⾊扩展到区域内的其它点。

1、区域有两种表⽰形式1）内点表⽰：枚举出区域内部的所有象素，内部所有象素着同⼀个颜⾊，边界像素着与内部象素不同的颜⾊。

2）边界表⽰：枚举出区域外部的所有象素，边界上的所有象素着同⼀个颜⾊，内部像素着与边界象素不同的颜⾊。

21）四向连通区域：从区域上⼀点出发可通过【上、下、左、右】四个⽅向移动的组合，在不越出区域的前提下，到达区域内的任意象素。

2）⼋向连通区域：从区域上⼀点出发可通过【上、下、左、右、左上、右上、左下、右下】⼋个⽅向移动的组合，在不越出区域的前提下，到达区域内的任意象素。

⼆、简单种⼦填充算法给定区域G⼀种⼦点（x, y）,⾸先判断该点是否是区域内的⼀点，如果是，则将该点填充为新的颜⾊，然后将该点周围的四个点（四连通）或⼋个点（⼋连通）作为新的种⼦点进⾏同样的处理，通过这种扩散完成对整个区域的填充。

这⾥给出⼀个四连通的种⼦填充算法（区域填充递归算法），使⽤【栈结构】来实现原理算法原理如下：种⼦像素⼊栈，当【栈⾮空】时重复如下三步：这⾥给出⼋连通的种⼦填充算法的代码：void flood_fill_8(int[] pixels, int x, int y, int old_color, int new_color){if(x<w&&x>0&&y<h&&y>0){if (pixels[y*w+x]==old_color){pixels[y*w+x]== new_color);flood_fill_8(pixels, x,y+1,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x,y-1,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x-1,y,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x+1,y,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x+1,y+1,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x+1,y-1,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x-1,y+1,old_color,new_color);flood_fill_8(pixels, x-1,y-1,old_color,new_color);}}}简单种⼦填充算法的不⾜a)有些像素会多次⼊栈，降低算法效率，栈结构占空间b)递归执⾏，算法简单，但效率不⾼，区域内每⼀像素都要进/出栈，费时费内存c)改进算法，减少递归次数，提⾼效率三、扫描线种⼦填充算法基本思想从给定的种⼦点开始，填充当前扫描线上种⼦点所在的⼀区段，然后确定与这⼀段相邻的上下两条扫描线上位于区域内的区段（需要填充的区间），从这些区间上各取⼀个种⼦点依次把它们存起来，作为下次填充的种⼦点。

扫描线区域填充算法
扫描线区域填充算法，又称为"扫描线填涂算法"，它用于对平面中特定区域填充指定的颜色、灰度或纹理，是计算机图形学中常用的算法之一。

该算法的原理是：给定待填充的区域内的点的有限个边界，从某一顶点开始，以某一规则遍历所有的边界点，形成边界数组，接着顺次扫描边界数组，将包含在边界中的每个合理像素点标记成已填充状态，由此而达到填充区域的目的。

算法步骤如下：
（1）设置起始点A，判断是否存在右方向上有没有边界点，若有，则把下一个边界点B作为起始点；
（2）从起始点A 开始，以扫描线的形式一次扫描边界点，把有效的像素点标记为“已填充”；
（3）把已扫描的点加入边界数组，直到下一个边界点C，且C点不等于起始点A；
（4）重复步骤（2）和（3），直至再回到起始点A，完成一次区域填充；
（5）如果还有未填充的区域，则重复步骤（1）至（4），直至所有区域填充完成。

实际应用中，为了避免停滞，可以采用八方向搜索策略；此外，由于扫描线填充算法中填充空间的范围是由边界点定义的，因此，当边界未经处理的是孤立的点或直线时，将无法实现实际的填充效果。