计算机图形学 第5章 裁剪

一、实验目标1.了解Cohen-SutherLand线段裁剪算法、Liang-Barsky线段裁剪算法、SutherLand-Hodgeman多边形裁剪算法的基本思想；2.掌握Cohen-SutherLand线段裁剪算法、Liang-Barsky线段裁剪算法、SutherLand-Hodgeman多边形裁剪算法的算法实现；二、实验内容本次实验主要是实现Cohen-SutherLand线段裁剪算法、Liang-Barsky线段裁剪算法、SutherLand-Hodgeman多边形裁剪算法。

Cohen-sutherland线段裁剪算法思想：该算法也称为编码算法，首先对线段的两个端点按所在的区域进行分区编码，根据编码可以迅速地判明全部在窗口内的线段和全部在某边界外侧的线段。

只有不属于这两种情况的线段，才需要求出线段与窗口边界的交点，求出交点后，舍去窗外部分。

对剩余部分，把它作为新的线段看待，又从头开始考虑。

两遍循环之后，就能确定该线段是部分截留下来，还是全部舍弃。

Cohen-sutherland线段裁剪算法步骤：1、分区编码延长裁剪边框将二维平面分成九个区域，每个区域各用一个四位二进制代码标识。

各区代码值如图中所示。

四位二进制代码的编码规则是：(1)第一位置1：区域在左边界外侧(2)第二位置1：区域在右边界外侧(3)第三位置1：区域在下边界外侧(4)第四位置1：区域在上边界外侧裁剪窗口内（包括边界上）的区域，四位二进制代码均为0。

设线段的两个端点为P1（x1，y1）和P2（x2，y2），根据上述规则，可以求出P1和P2所在区域的分区代码C1和C2。

2、判别根据C1和C2的具体值，可以有三种情况：（1）C1=C2＝0，表明两端点全在窗口内，因而整个线段也在窗内，应予保留。

（2）C1&C2≠0（两端点代码按位作逻辑乘不为0），即C1和C2至少有某一位同时为1，表明两端点必定处于某一边界的同一外侧，因而整个线段全在窗外，应予舍弃。

12直线生成算法圆与椭圆的绘制算法5图元的概念436区域填充算法裁剪反走样技术4.5 裁剪—4.5 裁剪—4.5 裁剪—4.5 裁剪—4.5 裁剪—4.5 裁剪—算法实现◆第一步◆第二步4.5 裁剪—编码实现（第一步）九个区域，每一个区域采用四位编码对于任一端点左），赋予一个◆左：若◆右：若◆下：若◆上：若4.5 裁剪—编码实现（第一步）对要被裁剪的线段的两个端点，如果其所在的区域的编码均是如果两个编码的见的，可简弃之；如果两个编码的少一个端点非在交点处把线段一分为二，其中必有一段完全在窗口外，可弃之。

再对另一段重复进行上述处理，直到该线段完全被舍弃或找到位于窗口内的一段线段为止。

4.5 裁剪—析出点。

求出其交点见的，因而只要对上述处理步骤。

y=裁剪结束。

算法步骤界坐标：code2(0100)之，转则交换段与窗口边界的交点除p算法的编码实现到另一端点间的线段重复上述过程直到接受或拒绝;计算线段if(LEFT&codeelse if(RIGHT&codeelse if(BOTTOM&code {y=YB;else if(TOP & code !=0) {y=YT;Cohen-SutherlandNicholl et al. An efficient new algorithm for 2-D line clipping: its4.5 裁剪—4.5 裁剪—4.5 裁剪—（（（4.5 裁剪—）界L上；要条件A和该处内法向量P(t)4.5 裁剪—）。

4.5 裁剪—）终点组:N i ⋅(P 2-P 1)<0 起点组:N i ⋅(P 2-P 1)>0 特殊情况：N i ⋅(P 2-P 1)=0这时，，P 1P 2与对应边平行， 这时有两种情况：线段在区域外侧或内侧：前一种情况对应于N i ⋅(P 2-P 1)<0，可直接判断线段在多边形之外前一种情况对应于N i ⋅(P 2-P 1)>0，则不于考虑，继续处理其他边。

计算机图形学实验报告黔南民族师范学院信息与计算科学撰写人姓名： __ 撰写时间：2010年5月5日审查人姓名：实验过程记录一、实验目的：1、通过实验，进一步理解和掌握直线段的裁剪算法；2、通直线段的裁剪。

二、实验内容：要求：•1 、进一步理解并掌握线段的裁剪算法，并可以实践至少一种线段的裁剪算法；•2、注意：本次作业要求学生不能直接使用系统提供的线段裁剪函数，但是可以调用相关的画点、画线函数。

三、实验设备及软件软件需求：windows98以上操作系统、Turbo C 2.0 、Turbo C＋＋3.0、Visual C＋＋软件、Microsoft Word 97或2000。

硬件需求：建议Pentium IV CPU处理器、64MB以上内存、1GB以上硬盘空间的计算机、激光打印机四、实验方法及步骤1 实验准备上该实验课前将针对解决实验内容问题的C语言程序编制好，在实验课上，对编制完的程序进行调试、修改和分析,熟悉TurboC2.0的菜单，以及编译，运行程序和调试程序的方法，并编写程序。

2. 调试程序；程序一：#define LEFT 1#define RIGHT 2#define BOTTOM 4#define TOP 8#define XL 150#define XR 350#define YB 150#define YT 300#include <math.h>#include"graphics.h"main(){ int gdriver=DETECT,gmode;initgraph(&gdriver,&gmode,"c:\\tc");setcolor(12);line(XL,YT,XR,YT);line(XL,YB,XR,YB);line(XL,YT,XL,YB);line(XR,YT,XR,YB);setcolor(9);draw_ett();getch();closegraph();}encode (x,y,code)int x,y;int *code;{ int c;c=0;if (x<XL) c=c|LEFT;else if (x>XR) c=c|RIGHT;if (y<YB) c=c|BOTTOM;else if (y>YT) c=c|TOP;*code=c;return;}draw_ett(){ int x1,x2,y1,y2,x,y;int code1,code2,code;/* printf("XL=150,XR=350,YB=150,YT=300\n");scanf("%d,%d,%d,%d",&x1,&y1,&x2,&y2);*/x1=50;y1=210;x2=300;y2=100;setcolor(2);line(x1,y1,x2,y2);encode(x1,y1,&code1);encode(x2,y2,&code2);while ((code1!=0)||(code2!=0)) {if ((code1&code2)!=0) return;code=code1;if (code1==0) code=code2;if ((LEFT&code)!=0){x=XL;y=y1+(y2-y1)*(XL-x1)/(x2-x1);}else if ((RIGHT&code)!=0){x=XR;y=y1+(y2-y1)*(XR-x1)/(x2-x1);}else if ((BOTTOM&code)!=0) {y=YB;x=x1+(x2-x1)*(YB-y1)/(y2-y1); }else if ((TOP&code)!=0){y=YT;x=x1+(x2-x1)*(YT-y1)/(y2-y1);}if (code==code1){ x1=x;y1=y;encode(x,y,&code1);}else{ x2=x;y2=y;encode(x,y,&code2);}}setcolor(14);line(x1,y1,x2,y2);return;}运行结果：程序二：请按书上P109的Cohen-Sutherland算法写出完整的程序，并运行出效果图，可参考以上程序一#define XL 150#define XR 350#define YB 150#define YT 300#define FALSE 0#define TRUE 1#include <math.h>#include"graphics.h"typedef struct{int xmin,xmax,ymin,ymax;}Rectangle;typedef int boolean;typedef struct{unsigned all;unsigned left,right,top,bottom;}OutCode;void CompOutCode(float x,float y,Rectangle *rect,OutCode *outCode){outCode->all=0;outCode->top=outCode->bottom=0;if(y>(float)rect->ymax){outCode->top=1;outCode->all+=1;}else if(y<(float)rect->ymin){outCode->bottom=1;outCode->all+=1;}outCode->right=outCode->left=0 ; if(x>(float)rect->xmax){outCode->right=1;outCode->all+=1;}else if(x<(float)rect->xmin){outCode->left=1;outCode->all+=1;}}void CSLineClip(float x0,float y0,float x1,float y1,Rectangle *rect){boolean accept,done;OutCode outCode0,outCode1;OutCode *outCodeOut;float x,y;accept=FALSE;done=FALSE;CompOutCode(x0,y0,rect,&outCode0);CompOutCode(x1,y1,rect,&outCode1);do{if(outCode0.all==0&&outCode1.all==0){accept=TRUE;done=TRUE;}else if(outCode0.all&outCode1.all!=0)done=TRUE;else{if(outCode0.all!=0)outCodeOut=&outCode0;elseoutCodeOut=&outCode1;if(outCodeOut->left){y=y0+(y1-y0)*(rect->xmin-x0)/(x1-x0);x=(float)rect->xmin;}else if(outCodeOut->top){x=x0+(x1-x0)*(rect->ymax-y0)/(y1-y0);y=(float)rect->ymax;}else if(outCodeOut->right){y=y0+(y1-y0)*(rect->xmax-x0)/(x1-x0);x=(float)rect->xmax;}else if(outCodeOut->bottom){x=x0+(x1-x0)*(rect->ymin-y0)/(y1-y0);y=(float)rect->ymin;}if(outCodeOut->all==outCode0.all){x0=x;y0=y;CompOutCode(x0,y0,rect,&outCode0);}else{x1=x;y1=y;CompOutCode(x1,y1,rect,&outCode1);}}}while(!done);if(accept){line((int)x0,(int)y0,(int)x1,(int)y1);}}main(){ int gdriver=DETECT,gmode;Rectangle rect;rect.xmin=XL;rect.xmax=XR;rect.ymin=YB;rect.ymax=YT;initgraph(&gdriver,&gmode,"c:\\tc"); setcolor(12);line(XL,YT,XR,YT);line(XL,YB,XR,YB);line(XL,YT,XL,YB);line(XR,YT,XR,YB);setcolor(2);line(100,100,300,400);setcolor(WHITE);CSLineClip(100,100,300,400,&rect);getch();closegraph();}成绩评定：指导教师：。

大学实验报告学院：计算机科学与信息学院专业：软件工程班级：102班** 实验组实验时间指导教师成绩实验工程名称实验五直线和多边形的裁剪实验目的掌握直线段的裁剪算法以及多边形的裁剪算法实验要求熟练掌握直线段的裁剪算法以及多边形的裁剪算法的根本原理，并编写测试代码进展实验。

实验原理Cohen-Sutherland直线剪裁算法以区域编码为根底，将窗口及其周围的，8个方向以4 bit的二进制数进展编码。

右图所示的编码方法将窗口及其邻域分为5个区域：⑴域：区域(0000)。

⑵上域：区域(1001, 1000, 1010)。

⑶下域：区域(0101, 0100, 0110)。

⑷左域：区域(1001, 0001, 0101)。

⑸右域：区域(1010, 0010, 0110)。

当线段的两个端点的编码的逻辑"与〞非零时，线段为显然不可见的，对*线段的两个端点的区号进展位与运算，可知这两个端点是否同在视区的上、下、左、右；Cohen-Sutherland直线剪裁算法的算法思想是：对于每条线段P1P2分为三种情况处理。

〔1〕假设P1P2完全在窗口，则显示该线段P1P2简称"取〞之。

〔2〕假设P1P2明显在窗口外，则丢弃该线段，简称"弃〞之。

〔3〕假设线段既不满足"取〞的条件，也不满足"弃〞的条件，则在交点处把线段分为两段。

其while (code1 != 0 || code2 != 0) {if ((code1 & code2) != 0) {// 两端点的编码相与不为0，表示直线在窗口外return;}if (code1 != 0) {code = code1;} else {code = code2;}if ((LEFT & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的左边编码相与！=0* = *L;y = y1 + (y2 - y1) * (*L - *1) / (*2 - *1);// 求直线与矩形窗口的左边界的交点} elseif ((RIGHT & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的右边编码相与！=0* = *R;y = y1 + (y2 - y1) * (*R - *1) / (*2 - *1);// 求直线与矩形窗口的右边界的交点} elseif ((BOTTOM & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的下边编码相与！=0y = YB;* = *1 + (*2 - *1) * (YB - y1) / (y2 - y1);// 求直线与矩形窗口的下边界的交点} elseif ((TOP & code) != 0) {// 直线的端点与矩形窗口的上边编码相与！=0y = YT;* = *1 + (*2 - *1) * (YT - y1) / (y2 - y1);// 直线的端点与矩形窗口的上// 边编码相与！=0}if (code == code1) {*1 = *;y1 = y;code1 = encode(*, y);} else {*2 = *;y2 = y;code2 = encode(*, y);}}g.drawLine((int) (*1 + 0.5), (int) (y1 + 0.5), (int) (*2 + 0.5),(int) (y2 +0.5));}二、多边形裁剪的核心代码为：通过点集画直线或者多边形：privatevoid draw() {//通过点集画直线或者多边形for (int i = 1; i < points.size(); i++) {Point p1 = new Point();p1 = points.get(i);int *1 = (int) p1.get*();int y1 = (int) p1.getY();Point p2 = new Point();p2 = points.get(i - 1);int *2 = (int) p2.get*();int y2 = (int) p2.getY();g.drawLine(*1, y1, *2, y2);}}多边形的裁剪函数：private Point[] cutPicture(Point[] point, Point[] edge) {// 剪裁函数，参数为〔点集，边〕Point[] intersectPoint = new Point[20];//存放交点的集合for (int j = 0; j < 20; j++) {intersectPoint[j] = new Point();}Point s = new Point();Point p = new Point();Point t = new Point();int i = 0;int length = point.length;s = point[length - 1];for (int j = 0; j < length; j++) {p = point[j];if (inside(p, edge)) {// sp在窗口，情况1if (inside(s, edge)) {intersectPoint[i] = p;i += 1;} else {// s在窗口外，情况4t = intersect(s, p, edge);intersectPoint[i] = t;i += 1;intersectPoint[i] = p;i += 1;}} elseif (inside(s, edge)) {// s在窗口，p在窗口外，情况3t = intersect(s, p, edge);intersectPoint[i] = t;i += 1;}// 情况2没有输出s = p;}List<Point> tempList = new ArrayList<Point>();for (int k = 0; k < i; k++) {if (intersectPoint[k] != null) {Point pt = intersectPoint[k];tempList.add(pt);}}Point[] temp = new Point[tempList.size()];for (int j = 0; j < tempList.size(); j++) {temp[j] = new Point();temp[j] = tempList.get(j);}intersectPoint = temp;return intersectPoint;}判断点是否在裁剪边的可见侧：privateboolean inside(Point point, Point[] edge) {//判断点是否在裁剪边的可见侧// 裁剪边为窗口下边if ((edge[0].y == edge[1].y) && (edge[0].* < edge[1].*)) {if (point.y >= edge[0].y) {returntrue;}}// 裁剪边为窗口上边if ((edge[0].y == edge[1].y) && (edge[0].* > edge[1].*)) {if (point.y <= edge[0].y) {returntrue;}}// 裁剪边为窗口右边if ((edge[0].* == edge[1].*) && (edge[0].y < edge[1].y)) {if (point.* <= edge[0].*) {returntrue;}}// 裁剪边为窗口左边if ((edge[0].* == edge[1].*) && (edge[0].y > edge[1].y)) {if (point.* >= edge[0].*) {returntrue;}}returnfalse;}直线段与窗口边界求交：private Point intersect(Point s, Point p, Point[] edge) {//直线段与窗口边界求交，并返回交点Point t = new Point();if (edge[0].y == edge[1].y) {// 水平裁剪边t.y = edge[0].y;t.* = s.* + (edge[0].y - s.y) * (p.* - s.*) / (p.y - s.y);} elseif (edge[0].* == edge[1].*) {// 垂直裁剪边t.* = edge[0].*;t.y = s.y + (edge[0].* - s.*) * (p.y - s.y) / (p.* - s.*);}return t;}鼠标的监听类〔部类〕：class MouseMonitor e*tends MouseAdapter {//通过鼠标的单击获取点，并画出直线或者多边形publicvoid mouseClicked(MouseEvent e) {points.add(e.getPoint());if (points.size() > 1) {draw();}}}键盘的监听类〔部类〕：class KeyMonitor e*tends KeyAdapter {// 键盘控制publicvoid keyPressed(KeyEvent e) {switch (e.getKeyCode()) {case KeyEvent.VK_R:// 清空画布和点集panel.repaint();points.removeAll(points);break;case KeyEvent.VK_W://对裁剪窗口的处理g.setColor(Color.RED);g.drawRect(*L, YB, *R - *L, YT - YB);//存放裁剪窗口的边top = new Point[2];// 存放裁剪窗口的上边top[0] = new Point(*L, YB);top[1] = new Point(*R, YB);right = new Point[2];//存放裁剪窗口的右边right[0] = new Point(*R, YB);right[1] = new Point(*R, YT);bottom = new Point[2];//存放裁剪窗口的下边bottom[0] = new Point(*R, YT);bottom[1] = new Point(*L, YT);left = new Point[2];//存放裁剪窗口的左边left[0] = new Point(*L, YT);left[1] = new Point(*L, YB);break;case KeyEvent.VK_A://对直线段进展裁剪g.setColor(Color.GREEN);Point p1 = points.get(0);Point p2 = points.get(1);lineCut(p1.get*(), p1.getY(), p2.get*(), p2.getY()); break;case KeyEvent.VK_B://对多边形进展裁剪source = new Point[points.size()];//得到多边形的点for (int i = 0; i < points.size(); i++) {source[i] = points.get(i);}g.setColor(Color.GREEN);wT = cutPicture(source, top);//得到多边形与裁剪窗口上边的交点wR = cutPicture(wT, right);//得到多边形与裁剪窗口右边的交点wB = cutPicture(wR, bottom);//得到多边形与裁剪窗口下边的交点wL = cutPicture(wB, left);//得到多边形与裁剪窗口左边的交点第二种情况：线段在裁剪窗口的部，线段完全可见。