扫描线种子填充算法

实验2：多边形区域扫描线填充或种子填充计科102 蓝广森 1007300441一、实验目的通过实验，进一步理解和掌握几种常用多边形填充算法的基本原理掌握多边形区域填充算法的基本过程掌握在C/C++环境下用多边形填充算法编程实现指定多边形的填充。

二、实验内容及要求实现多边形区域扫描线填充的有序边表算法，并将实现的算法应用于任意多边形的填充，要求多边形的顶点由键盘输入或鼠标拾取，填充要准确，不能多填也不能少填。

要求掌握边形区域扫描线填充的有序边表算法的基本原理和算法设计，画出算法实现的程序流程图，使用C或者VC++实现算法，并演示。

三、实验原理种子填充算法又称为边界填充算法。

其基本思想是：从多边形区域的一个内点开始，由内向外用给定的颜色画点直到边界为止。

如果边界是以一种颜色指定的，则种子填充算法可逐个像素地处理直到遇到边界颜色为止。

种子填充算法常用四连通域和八连通域技术进行填充操作。

四向连通填充算法：a）种子像素压入栈中；b）如果栈为空，则转e)；否则转c)；c）弹出一个像素，并将该像素置成填充色；并判断该像素相邻的四连通像素是否为边界色或已经置成多边形的填充色，若不是，则将该像素压入栈；d）转b）；e）结束。

扫描线填充算法的基本过程如下：当给定种子点(x,y)时，首先填充种子点所在扫描线上的位于给定区域的一个区段，然后确定与这一区段相连通的上、下两条扫描线上位于给定区域内的区段，并依次保存下来。

反复这个过程，直到填充结束。

区域填充的扫描线算法可由下列四个步骤实现：(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。

72 8，9，4，7，9。

/* 4-connected flood-fill*/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);}}图3-33 四连通泛填充算法的C语言实现图3-34 简单的种子填充算法的填充实例从图3-34（b）可知，某些像素被多次压入堆栈，而且算法所需的堆栈空间较大，堆栈深度也比较深，而且因为每次递归调用只填充一个像素，所以算法的效率也比较低。

如果待填充的区域较大，区域内包含的像素较多，不仅填充速度慢，更重要的是很可能会导致堆栈溢出，这是种子填充算法的致命弱点。

能否利用扫描线的连贯性，每次递归调用填充一行像素，并同时减少压入堆栈的像素数目呢？答案是肯定的，这就是所谓的扫描线种子填充算法。

3.4.6 扫描线种子填充算法扫描线种子填充算法（Scan Line Seed Fill Algorithm）采用使堆栈尺寸极小化即减少压入堆栈的像素数目的方法，就是在任意一段连续的扫描线区段内只取一个像素作为种子像素压入堆栈。

该算法的描述如下。

（1）种子像素入栈。

（2）当栈为非空时，重复执行以下步骤。

①栈顶像素出栈。

②沿扫描线对出栈像素的左右像素进行填充，直到遇到边界像素为止。

③将上述区间内最左、最右像素记为x left和x right。

④在区间[x left, x right]内检查与当前扫描线相邻的上下两条扫描线是否全为边界像素或已填充的像素，若为非边界和未填充，则把每一区间的最右像素x right作为种子像素压入堆栈，重复执行步骤（2）。

第四讲 多边形填充算法重点：掌握图形学扫描线填充算法，种子填充算法，扫描线种子填充算法；难点：扫描线填充算法理解与实现；特别是各种数据结构的应用教学方法：课堂讨论式教学方法，基于问题式以及启发式教学方法相结合。

双语教学。

主要内容：1， 扫描线填充算法⑴ 多边形分为凸多边形、凹多边形、含内环的多边形。

① 凸： ② 凹③ 含内环 任意两顶点间的 任意两顶点间的连线均在多边形 连线有不在多边内 形内的部分a) 基本思想：i. 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象素，即完成填充工作。

b) 对于一条扫描线填充过程可以分为四个步骤：i.（1）求交（2）排序 ii.（3）配对（4）填色12345678② 步骤· 求交：计算扫描线与多边形各边的交点；· 排序：把所有交点按x 值递增顺序排序；· 配对：12，34，…，交点两两配对；· 填色：把交点对的象素置成多边形颜色，把交点对以外的象素置成背景色。

③ 活性边表算法：处理每一条扫描线时，仅计算和它相交的多边形的边· 活性边：当前扫描线与多边形相交的边；· 活性边表：存放扫描线与活性边交点(按X 递增顺序)的一张链表；8节点：第1项存当前扫描线与边的交点坐标x 值；第2项存从当前扫描线到下一条扫描线间x 的增量∆x ；第3项存边所交的扫描线的y max④ 算法· 增量法：令当前扫描线与多边形某一条边的交点的x 坐标为x ，则下一条扫描线与该边的交点不要重计算，只要加一个增量。

该边的直线方程为：ax+by+c=0；若y ＝y i ，x=x i ；则当y = y i+1时，x a b y c x b ai i i i ++=-⋅-=-111(); 其中∆x b a=- 为常数， · 算法过程polyfill (polygon, color)int color;多边形定义 polygondef ;{ for (各条扫描线i ){ 初始化新边表头指针NET [i]；把y min = i 的边放进边表NET [i]; }y = 最低扫描线号；初始化活性边表AET 为空；for (各条扫描线i ){ 把新边表NET [i] 中的边结点用插入排序法插入AET表，使之按x坐标递增顺序排列；遍历AET表，把配对交点区间(左闭右开)上的象素(x, y)，用drawpixel (x, y, color) 改写象素颜色值；遍历AET表，把y max= i 的结点从AET表中删除，并把y max > i 结点的x值递增 x；若允许多边形的边自相交，则用冒泡排序法对AET表重新排序；}} /* polyfill */⑤问题及其求解问题1：扫描线与多边形顶点相交，交点的取舍。

实验二4-10一、实验题目扫描线种子填充算法是通过扫描线来填充多边形内的水平像素段，处理每条扫描线时仅需将其最右端像素入栈，可以有效提高填充效率。

请使用MFC编程填充图4-60所示的空心体汉字（四连通），填充效果如图4-61所示。

二、实验思想扫描线种子填充算法：先将种子像素入栈，种子像素为栈底像素，如果栈不为空，执行如下4步操作。

（1）栈顶像素出栈。

（2）沿扫描线对出栈像素的左右像素进行填充，直至遇到边界像素为止。

即每出栈一个像素，就对区域内包含该像素的整个连续区间进行填充。

（3）同时记录该区间，将区间最左端像素记为x left，最右端像素记为x right。

（4）在区间〔x left，x right〕中检查与当前扫描线相邻的上下两条扫描线的有关像素是否全为边界像素或已填充像素，若存在非边界且未填充的像素，则把未填充区间的最右端像素取作种子像素入栈。

三、实验代码void CTestView::OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point)//左键按下函数{// TODO: Add your message handler code here and/or call defaultSeed=point;//选择种子位置CharFill();//进行填充CView::OnLButtonDown(nFlags, point);}void CTestView::CharFill()//文字填充函数{CRect Rect;GetClientRect(&Rect);CClientDC dc(this);COLORREF BoundColor;//边界色int Width=Rect.right-Rect.left;int Hight=Rect.bottom-Rect.top ;int Flag;int x0,y0,x,y;CPoint Point;std::vector<CPoint> FillBuffle;//定义CPoint类型的数组序列对象FillBuffle.reserve(10);//定义数组序列的大小FillBuffle.push_back(CPoint(Seed)); //把种子结点压入数组序列BoundColor=RGB(0,0,0);//定义边界色为黑色while(!FillBuffle.empty())//如果数组序列非空{Point=FillBuffle.front();//弹出数组序列头元素x=Point.x;y=Point.y;FillBuffle.erase(FillBuffle.begin());//清除数组序列内的元素dc.SetPixel(Point,Fillcolor);//绘制像素//判断像素的位置是否在图形内部x0=x+1;//右方判断while(dc.GetPixel(x0,y)!=BoundColor&&dc.GetPixel(x0,y)!=Fillcolor) {x0=x0+1;if(x0>=Width)//到达屏幕最右端{MessageBox("种子超出范围","警告");RedrawWindow();return;}}y0=y+1;//下方判断while(dc.GetPixel(x,y0)!=BoundColor&&dc.GetPixel(x,y0)!=Fillcolor) {y0=y0+1;if(y0>=Hight)//到达屏幕最下端{MessageBox("种子超出范围","警告");RedrawWindow();return;}}RightPoint.x=x0;//右边界内的左邻点x0=x-1;while(dc.GetPixel(x0,y)!=Fillcolor&&dc.GetPixel(x0,y)!=BoundColor){dc.SetPixel(x0,y,Fillcolor);x0=x0-1;if(x0<=0)//到达屏幕最左端{MessageBox("种子超出范围","警告");RedrawWindow();return;}}y0=y-1;while(dc.GetPixel(x,y0)!=BoundColor&&dc.GetPixel(x,y0)!=Fillcolor){y0=y0-1;if(y0<=0)//到达屏幕最上端{MessageBox("种子超出范围","警告");RedrawWindow();return;}}LeftPoint.x=x0+1;//左边界内的右邻点x0=LeftPoint.x;y=y+1;//下一条扫描线while(x0<RightPoint.x){Flag=0;while((dc.GetPixel(x0,y)!=Fillcolor)&&(dc.GetPixel(x0,y)!=BoundColor)) {if(Flag==0)Flag=1;x0++ ;}if(Flag==1){if((x0==RightPoint.x)&&(dc.GetPixel(x0,y)!=Fillcolor)&&(dc.GetPixel(x0,y)!=BoundColor))FillBuffle.push_back(CPoint(x0,y));//进入数组序列else{FillBuffle.push_back(CPoint(x0-1,y));}Flag=0;}PointNext.x=x0;while(((dc.GetPixel(x0,y)==Fillcolor)&&(x0<RightPoint.x))||((dc.GetPixel(x0,y)==BoundColor) &&(x0<RightPoint.x))){x0 ++;}}x0=LeftPoint.x;y=y-2;while(x0<RightPoint.x){Flag=0;while((dc.GetPixel(x0,y)!=Fillcolor)&&(dc.GetPixel(x0,y)!=BoundColor)&&(x0<RightPoint.x)) {if(Flag==0)Flag=1;x0++ ;}if(Flag==1){if((x0==RightPoint.x)&&(dc.GetPixel(x0,y)!=Fillcolor)&&(dc.GetPixel(x0,y)!=BoundColor))FillBuffle.push_back(CPoint(x0,y));else{FillBuffle.push_back(CPoint(x0-1,y));}Flag=0;}PointNext.x=x0;while((dc.GetPixel(x0,y)==Fillcolor&&x0<RightPoint.x)||(dc.GetPixel(x0,y)==BoundColor&&x 0<RightPoint.x)){x0++;}}}FillBuffle.clear();return;}void CTestView::OnMENUFill(){// TODO: Add your command handler code hereRedrawWindow();MessageBox("请在空心字体内部单击鼠标左键!","提示");}四、实验结果截图。

计算机图形学——区域填充的扫描线算法一．实验名称：区域填充的扫描线算法二．实验目的：1、理解区域填充扫描线算法的原理；2、实现区域填充的扫描线算法并测试；三．算法原理：算法基本思想: 首先填充种子点所在扫描线上位于区域内的区段，然后确定与该区段相邻的上下两条扫描线上位于区域内的区段，并依次将各区段的起始位置保存, 这些区段分别被用区域边界色显示的像素点所包围。

随后,逐步取出一开始点并重复上述过程，直到所保存各区段都填充完毕为止。

借助于栈结构，区域填充的扫描线算法之步骤如下：Step 1. 初始化种子点栈：置种子点栈为空栈，并将给定的种子点入栈；Step 2. 出栈：若种子点栈为空，算法结束；否则，取栈顶元素(x，y)为种子点；Step 3. 区段填充：从种子点(x, y) 开始沿纵坐标为y 的当前扫描线向左右两个方向逐像素点进行填色，其颜色值置为newcolor 直至到达区域边界。

分别以xl 和xr 表示该填充区段两端点的横坐标；Step 4. 新种子点入栈: 分别确定当前扫描线上、下相邻的两条扫描线上位于区段[xl, xr] 内的区域内的区段。

若这些区段内的像素点颜色值为newolor ,则转至Step 2；否则以区段的右端点为种子点入种子点栈，再转至Step 2。

四．原程序代码：/*****************************************//*4-ScanLineFill 区域填充的扫描线算法实现*//*****************************************/#include <stdio.h>#include <conio.h>#include <graphics.h>#include <malloc.h>#define Stack_Size 100 //栈的大小常量//定义结构体,记录种子点typedef struct{int x;int y;}Seed;//定义顺序栈(种子点)typedef struct{Seed Point[Stack_Size];int top;}SeqStack;//初始化栈操作void InitStack(SeqStack *&S){S=(SeqStack *)malloc(sizeof(SeqStack));S->top=-1;}//种子点栈置空；void setstackempty (SeqStack *S){S->top==-1;}//种子点栈状态检测函数int isstackempty (SeqStack *S){if(S->top==-1)return true; //空栈返回trueelsereturn false; //非空栈返回false}//种子点入栈；int stackpush (SeqStack *&S,Seed point){if(S->top==Stack_Size-1)//栈已满，返回false return false;S->top++;//栈未满，栈顶元素加1S->Point[S->top]= point;return true;}//取栈顶元素；int stackpop (SeqStack *&S,Seed &point){if(S->top==-1)//栈为空，返回falsereturn false;point=S->Point[S->top];S->top --;//栈未空，top减1return true;}//画圆void CirclePoints (int xc, int yc, int x, int y, int Color) {putpixel (xc + x, yc + y, Color);putpixel (xc + x, yc - y, Color);putpixel (xc - x, yc + y, Color);putpixel (xc - x, yc - y, Color);putpixel (xc + y, yc + x, Color);putpixel (xc + y, yc - x, Color);putpixel (xc - y, yc + x, Color);putpixel (xc - y, yc - x, Color); }//中点画圆算法void MidpointCircle(int radius, int Color) {int x, y;float d;x=0;y=radius;d=5.0/4-radius;CirclePoints(250,250,x,y,Color);while(x<y){if (d<0){d+=x*2.0+3;}else{d+=(x-y)*2.0+5;y--;}x++;CirclePoints(250,250,x,y,Color);}}//四连通扫描线算法void ScanLineFill4(int x, int y, int oldcolor, int newcolor) {int xl, xr, i;bool SpanNeedFill;Seed pt;//种子点SeqStack *S;//定义顺序栈InitStack(S);//定义了栈之后必须把栈先初始化setstackempty(S);//种子点栈置空；pt.x = x;pt.y = y;stackpush (S,pt); // 种子点(x, y)入栈while (!isstackempty(S)){stackpop (S,pt);//取种子点y = pt.y;x = pt.x;while (getpixel (x,y)==oldcolor) {// 从种子点开始向右填充putpixel (x, y, newcolor);x++;}xr = x -1;x = pt.x -1;while (getpixel (x,y)==oldcolor) { // 从种子点开始向左填充putpixel (x, y, newcolor);x--;}xl = x + 1;x = xl;y = y +1; // 处理上面一条扫描线while (x < xr){SpanNeedFill = false;while (getpixel (x, y)==oldcolor){SpanNeedFill = true;x++ ;} // 待填充区段搜索完毕if (SpanNeedFill){// 将右端点作为种子点入栈pt.x = x - 1;pt.y = y;stackpush (S,pt);SpanNeedFill = false;} //继续向右检查以防遗漏while ((getpixel (x, y)!=oldcolor) && (x< xr)) x++;} //上一条扫描线上检查完毕x = xl;y=y-2; // 处理下面一条扫描线while (x < xr){SpanNeedFill = false;while (getpixel (x, y)==oldcolor){SpanNeedFill=true;x++ ;}if (SpanNeedFill){pt.x= x - 1;pt.y = y;stackpush (S,pt);SpanNeedFill=false;}while ((getpixel (x, y)!=oldcolor) && (x < xr))x++;}}}//主函数检测void main(){int radius,color;int x,y;//种子点int oldcolor,newcolor;//原色与填充色//输入参数值printf("input radius and color:\n");//画圆参数scanf("%d,%d",&radius,&color);printf("input x and y:\n"); //读入内点scanf("%d,%d", &x, &y);printf("input oldcolor and newcolor:\n"); //读入原色与填充色scanf("%d,%d", &oldcolor, &newcolor);int gdriver = DETECT,gmode;initgraph(&gdriver, &gmode, "c:\\tc");// 用背景色清空屏幕cleardevice();// 设置绘图色为红色setcolor(RED);MidpointCircle(radius,color);//用中点画圆算法画圆rectangle(150, 150, 350, 350);//再画一个矩形区域ScanLineFill4 (x,y,oldcolor,newcolor);//扫描线区域填充getch();closegraph();}五．运行结果与讨论：测试结果1：测试结果2：六．实验分析与讨论：1.通过借助栈这一数据结构，完成了区域填充的扫描线算法的实现，并利用以前所学的画圆等算法，进行综合运用，在此基础上进行扩充，设计多种图案，进行扫描线填充算法的检测，都得到了理想的结果，体现了算法的有效性；2.栈的数据结构给种子点的操作带来了极大的方便，为算法的实现提供了便利，同时还提高了算法的复用性和可靠性；3.此扫描线填充算法能够对多种图案进行填充，展现了算法的实用性。