本文参考书籍《计算机图形学教程》,部分图片内容摘引。
一、生成直线
所谓生成直线,就是给你一组(x1,y1,x2,y2)参数,要求你生成一条从(x1,y1)到(x2,y2)的直线。
在布满像素点的光栅显示器上,我们可以控制每个像素点的亮度,你该如何生成这条直线呢?
二、逐点比较法
(1)基本推导过程
逐点比较法推导(以第一象限为例)过程如下:
逐点比较法的推广:
逐点比较法的算法过程:
解释:
上文中以坐标系原点O为起点,讨论从起点O生成到终点A直线的过程。
之所以要比较OA 和 OM的斜率,因为OA是目标直线,比较OM和OA的斜率可以确定当前生成点M的相对位置,确定M在目标直线的上方或者下方等。
当直线生成到M点时,上图给出了根据状态值F判定的转移方向,使得M移动到新的生成点,并计算新的状态值F。
上文中的走步方向可以根据单独象限的情况分析得出,而偏差值之所以加绝对值是为了统一计算式,其实根据走步方向列出式子计算一下是等价的。
注意:
针对电脑屏幕而言,通常以最左上角点为坐标起点O,以水平方向和竖直方向为x轴和y轴,坐标都为正数。所以其实没有什么象限可分,只有方向可分,书中的四个象限其实是终点(x2,y2)针对于起点(x1,y1)的四个方向(左上角、右上角、左下角、右下角),即针对终点相对于起点的四个方向分别展开讨论。(因为方向不同规则不同,所以分开讨论)
由上可知,当终点相对于起点在不同的方向时,从起点到终点生成直线遵循不同的规则,规则如上图中表4.1所示。
(2)推导的普及
书中讨论以坐标系原点O为起点,生成从O到A的直线的过程,具体的讨论了生成点M的变化过程(可以看作是从M从O到A,但光栅屏幕上二维的位置都为整数,所以可能是一个相近的位置)。但是当计算机需要生成直线时,大部分时候直线的起点都不在坐标系原点(或者说屏幕原点,即屏幕左上角),这时该怎么办呢?
当从任意点(x1,y1)到(x2,y2)生成直线的过程如上推导。可以得知,当在第一象限(终点相对起点在右上角时),若 my✖dx-mx✖dy<0 ,则 ym++ , my’=my +1 。设F=my✖dx-mx✖dy ,则F‘=my’✖dx-mx✖dy=(my +1)✖dx-mx✖dy=F+dx。所以针对任意起点和终点,也可以推导出递推公式和走步规律。
(3)终点判断
(4)代码展示
逐点比较法生成直线的代码展示如下:
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<graphics.h>
#include<string.h>
#include<iostream>
using namespace std;
void cb_line(int x1,int y1,int x2,int y2)
{
int dx, dy, n, k, i, f;
int x, y;
dx = abs(x2 - x1);
dy = abs(y2 - y1);
n = dx + dy;
if (x2 >= x1)
k = (y2 >= y1 ? 1 : 4);
else
k = (y2 >= y1 ? 2 : 3);
x = x1;
y = y1;
putpixel(x, y, RED);
for (i = 0, f = 0; i < n; i++)
{
if (f >= 0) {
switch (k)
{
case 1:
putpixel(++x, y, RED);
f -= dy;
break;
case 3:
putpixel(--x, y, RED);
f -= dx;
break;
case 2:
putpixel(x, ++y, RED);
f -= dx;
break;
case 4:
putpixel(x, --y, RED);
f -= dx;
break;
}
}
else
{
switch (k)
{
case 1:
putpixel(x, ++y, RED);
f += dx;
break;
case 3:
putpixel(x, --y, RED);
f += dx;
break;
case 2:
putpixel(--x, y, RED);
f += dy;
break;
case 4:
putpixel(++x, y, RED);
f += dy;
break;
}
}
}
}
int main()
{
initgraph(640, 480);
cb_line(10, 10, 100, 100);
cb_line(10, 100, 100, 10);
getchar();
closegraph();
return 0;
}
上述代码中f状态值每次加减的是dx、dy,这是针对任意起点、终点的推导规则,此规则的走步方向和加减形式均于起点为原点O的推导一样,只是状态值F每次加减的不是具体的x或y值,而是dx或dy。