计算机图形学 实验四 二维图形的裁剪

西北农林科技大学实习报告学院名称：理学院专业班级：姓名：学号：课程：计算机图形学实验报告日期：第十五周实验四二维图形的裁剪一、实验目的1）加深直线段的剪裁算法的理解。2）熟练掌握一种裁剪算法的编程方法。二、实验步骤1）分析直线段和矩形窗口的位置关系，选定比较合理算法流程。2）画出程序流程图。3）编写程序的源程序。4）编辑源程序并进行调试。5）进行特殊模式的运行测试，并结合情况进行调整。三、实验内容1）在编码算法、中点分割算法、Liang-Barsky算法三种中任选一种作为编程模型。2）编写直线段裁剪的源程序。3）建议有能力的学生编写多边形裁剪程序。4）在计算机上编辑编译运行，实现直线段的裁剪。原理1．直线和窗口的关系：直线和窗口的关系可以分为如下3类：（1）整条直线在窗口内。此时，不需剪裁，显示整条直线。（2）整条直线在窗口外，此时，不需剪裁，不显示整条直线。（3）部分直线在窗口内，部分直线在窗口外。此时，需要求出直线与窗框的交点，并将窗口外的直线部分剪裁掉，显示窗口内的直线部分。直线剪裁算法有两个主要步骤。首先将不需剪裁的直线挑出，即删去在窗外的直线。然后，对其余直线，逐条与窗框求交点，并将窗口外的部分删去。2．Cohen-Sutherland直线剪裁算法：（1）输入直线段的两端点坐标p1(x1,y1)，p2(x2,y2)，以及窗口的4条边界坐标，（2）对p1，p2进行编码，点p1的编码为code1，点p2的编码为code2.（3）若code1|code2=0，对直线p1p2“简取”之，转（6）；否则，若code1&code20，对直线段“简弃”之，转（7）；当上述两条均不满足时，进行步骤（4）。（4）确保p1在窗口外部。若p1在窗口内，则交换p1和p2的坐标值和编码。（5）根据p1编码从低位开始寻找值为1的地方，从而确定p1在窗口外的哪一侧，然后求出直线段与相应窗口边界的交点S，并用交点S的坐标值替换p1的坐标值，即在交点S处把线段一分为二，因此可以去掉p1S。转（2）。（6）用直线扫描算法转换算法画出当前的直线段p1p2。（7）算法结束。图形描述：在MATLAB中输入：W=[3,7,2,5]W=3725P=[0,0,16,16]P=001616r=CSCutLine(W,P)r=1程序的源程序：M文件，命名为CSCutLine%计算机图形学直线裁剪CS编码算法functionr=CSCutLine(W,P)%result%{W=窗口坐标P=直线两端点坐标y=x/2W=[xwl,xwr,ywb,ywt]W=[3,7,2,6];P=[x1,y1,x2,y2]P=[0,0,16,8];%}%clear;clc;W=[3,7,2,6];P=[0,0,16,8];r=CSCutLine(W,P)xwl=W(1);xwr=W(2);ywb=W(3);ywt=W(4);x1=P(1);y1=P(2);x2=P(3);y2=P(4);Rectangle=[xwl,xwr,ywb,ywt];k=0;Lines=[];%取出线段P1=[x1,y1];P2=[x2,y2];PP=P1-P2;%计算斜率ifPP(1)==0k=inf;elsek=PP(2)/PP(1);endfinished=false;while(~finished)%对点P1和P2进行编码code=[P1(1)Rectangle(1),P1(1)Rectangle(2),P1(2)Rectangle(3),P1(2)Rectangle(4);P2(1)Rectangle(1),P2(1)Rectangle(2),P2(2)Rectangle(3),P2(2)Rectangle(4);];%P1,P2,k,code%进行简取或简弃的判断test=code(1,:)|code(2,:);%判断是否简取ifisempty(find(test0,1))Lines=[Lines;[P1,P2]];finished=true;end%若当前线段处理完成，则退出iffinishedbreak;end%判断是否简弃test=code(1,:)&code(2,:);if~isempty(find(test0,1))finished=true;endiffinishedbreak;end%确保P1在窗口之外ifisempty(find(code(1,:)0,1))%交换P1,P2的坐标值和编码PT=P1;P1=P2;P2=PT;PT=code(1,:);code(1,:)=code(2,:);code(2,:)=PT;end%从低位开始找编码值为1的地方D=find(code(1,:)0,1);ifD=2%此时P1位于窗口的左边或右边ifk==0%若是水平线，则y不变，x变为窗口的左边界或右边界%且此时k不会等于inf，否则线段处于简弃状态。P1(1)=Rectangle(D);%P1(2)=Rectangle(find(code(1,[3,4])0,1));else%若线段是斜线，则计算y值，x值变为窗口的左边界或右边界P1=[Rectangle(D),P1(2)+k*(Rectangle(D)-P1(1))];endelse%此时P1位于窗口的上方或下方ifk==inf%若线段是竖直线，则x不变，y变为窗口的上边界或下边界%且此时k不会等于0，否则线段将处于简弃状态。P1(2)=Rectangle(D);else%若线段是斜线，则计算x值，y值变为窗口的上边界或下边界。P1=[P1(1)+(Rectangle(D)-P1(2))/k,Rectangle(D)];endend%对P1和P2重新编码，再次计算。%P1,P2,k,code%pause(1);%scanf(D,'%d');%inputdlg('');end%对最终点进行取整运算%Lines=floor(Lines);%---------------------------------%绘制原始图像和裁剪后图形figureOriginalLines=[x1,y1,x2,y2];%lines=[P1,P2];plot(OriginalLines(1,[1,3]),OriginalLines(1,[2,4]),'b');title('原始图像')gridonfigureholdonR=Rectangle;RLines=[R(1),R(3),R(2),R(3);R(2),R(3),R(2),R(4);R(2),R(4),R(1),R(4);R(1),R(4),R(1),R(3);];fori=1:length(RLines(:,1))plot(RLines(i,[1,3]),RLines(i,[2,4]),'-r');endSutherlandedLines=Lines;plot(SutherlandedLines(1,[1,3]),SutherlandedLines(1,[2,4]),'g');title('裁剪后图形')gridonholdofffigureholdonplot(OriginalLines(1,[1,3]),OriginalLines(1,[2,4]),'b');plot(SutherlandedLines(1,[1,3]),SutherlandedLines(1,[2,4]),'g');fori=1:length(RLines(:,1))plot(RLines(i,[1,3]),RLines(i,[2,4]),'-r');endlegend('原始图像','裁剪后图形','裁剪窗口',0)gridonholdoffr=true;end四、实验总结通过本次实习，我复习了直线段的Cohen-Sutherland算法，中点分割算法，以及Liang-Barsky算法思想，最后选择了Cohen-Sutherland算法完成Matlab编程。本次实习的内容有一定难度，要综合运用前面实习中的直线绘制函数，在算法中还须设计一个端点编码判定函数。另外，由于直线段与窗口的位置有多种情况，我们要分不同情况进行实现，这也增大的代码量。这次的实验有一个要注意的问题，在输入窗口点的时候，需要保证窗口中要有线段。如果没有线段，第二个图剪裁后的图形的输出就是一片空白，最后的比较图就会出现程序错误。这是这次编写的程序需要改进和完善的地方。