計算機圖形學——區域填充算法（基本光柵圖形算法）

1、區域填充概念

區域：指已經表示成點陣形式的填充圖形，是象素的集合。

區域填充：將區域內的一點（常稱【種子點】）賦予給定顏色，而後將這種顏色擴展到整個區域內的過程。

區域填充算法要求區域是連通的，由於只有在連通區域中，纔可能將種子點的顏色擴展到區域內的其它點。

一、區域有兩種表示形式

1）內點表示：枚舉出區域內部的全部象素，內部全部象素着同一個顏色，邊界像素着與內部象素不一樣的顏色。
2）邊界表示：枚舉出區域外部的全部象素，邊界上的全部象素着同一個顏色，內部像素着與邊界象素不一樣的顏色。

二、區域連通

1）四向連通區域：從區域上一點出發可經過【上、下、左、右】四個方向移動的組合，在不越出區域的前提下，到達區域內的任意象素。
2）八向連通區域：從區域上一點出發可經過【上、下、左、右、左上、右上、左下、右下】八個方向移動的組合，在不越出區域的前提下，到達區域內的任意象素。

2、簡單種子填充算法

基本思想

給定區域G一種子點（x, y）,首先判斷該點是不是區域內的一點，若是是，則將該點填充爲新的顏色，而後將該點周圍的四個點（四連通）或八個點（八連通）做爲新的種子點進行一樣的處理，經過這種擴散完成對整個區域的填充。

這裏給出一個四連通的種子填充算法（區域填充遞歸算法），使用【棧結構】來實現
原理算法原理以下：種子像素入棧，當【棧非空】時重複以下三步：

算法代碼

 這裏給出八連通的種子填充算法的代碼：

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); } } }

簡單種子填充算法的不足

 a)有些像素會屢次入棧，下降算法效率，棧結構佔空間
 b)遞歸執行，算法簡單，但效率不高，區域內每一像素都要進/出棧，費時費內存
 c)改進算法，減小遞歸次數，提升效率

3、掃描線種子填充算法

基本思想

從給定的種子點開始，填充當前掃描線上種子點所在的一區段，而後肯定與這一段相鄰的上下兩條掃描線上位於區域內的區段（須要填充的區間），從這些區間上各取一個種子點依次把它們存起來，做爲下次填充的種子點。反覆進行這過程，直到所保存的各區段都填充完畢。

算法步驟

步驟 1：（初始化）將算法設置的堆棧置爲空。將給定的種子點（x, y）壓入堆棧
步驟 2：（出棧）若是堆棧爲空，算法結束；不然取棧頂元素（x, y）做爲種子點
步驟 3：（區段填充）從種子點（x, y）開始，沿縱座標爲y的當前掃描線向左右兩個方向逐個像素用新的顏色值進行填充，直到邊界爲止即象素顏色等於邊界色。設區間兩邊界的橫座標分別爲xleft 和xright。
步驟4：在與當前掃描線相鄰的上下兩條掃描線上，以區間[xleft, xright]爲搜索範圍，求出須要填充的各小區間，把各小區間中最右邊的點並做爲種子點壓入堆棧，轉到步驟2。

 

算法的關鍵原則

1）搜索原則：

從前一個填充的區間（邊界之間的範圍xleft, xright）做爲後一條掃描線種子點尋找的範圍。

2）填充原則：

從種子點往左，右填，填到邊界

 

實例

上述算法的描述過於抽象，直接看演示

算法代碼

Stack stack=new Stack();//堆棧 pixel_stack初始化 Stack.push (point)； //(x,y)是給定的種子像素 while (!stack.empty()) { p=(Point)(stack.pop());//出棧，從堆棧中取一像素做種子像素 x=p.x; y=p.y; savex=x;//保存種子點的橫座標x的值 while (pixels [y*w+x]!= boundary_color) { pixels [y*w+x]= new_color; x++; } //從種子像素開始向右填充到邊界 xright=x–1; //保存線段的右端點 x=savex–1; //設定種子點往左填充的起點 while (pixels [y*w+x]!= boundary_color) { pixels [y*w+x] = new_color; x=x–1; } //從種子像素開始向左填充到邊界，以上兩步完成區間填充。 xleft=x+1； //保存線段的左端點，加1是由於前面 循環時多減一次 x=xleft; //起點是上次的左端點 y=y+1; //開始處理上一條掃描線 while(x<=xright) //在上一條掃描線上檢查是否須要填充  { span_need_fill=false; //先設定爲不須要填充 while (pixels [y*w+x] ==old_color&&x<=xright ) { //待填充的線段 span_need_fill=true; //發現有舊象素，須要填充 x=x+1; } //待填充的線段處理完，即遇到邊界色，!=old_color跳出 if (span_need_fill) //若是區間須要填充，則將其右端點做爲種子點壓進堆棧  { p=new Point(x-1,y); stack.push (p); //進棧 span_need_fill=false; } //繼續向右檢查以防有遺漏 while (pixels [y*w+x] !=old_color &&x<=xright ) x=x+1; } //在上一條掃描線上檢查完  x＝xleft； y=y–2; //造成下一條掃描線的y值 //在下一條掃描線上從左向右檢查位於區間[xleft，xright]上的像素，其方法與在上一條掃描線上檢查的狀況徹底同樣，見書。 }//出棧完

4、多邊形的掃描轉換與區域填充算法小結

上一篇博客講述了多邊形的掃描轉換 ，這裏將多邊形掃描轉換和區域填充算法進行比較總結。

基本思想不一樣

多邊形掃描轉換是指將多邊形的頂點表示轉化爲點陣表示

區域填充只改變填充顏色，不改變區域表示方式

基本條件不一樣

在區域填充算法中，要求給定區域內的一點做爲種子點，而後從這一點根據連通性將新的顏色擴展到整個區域。

掃描轉換多邊形是從多邊形的邊界（頂點）信息出發，利用多種形式的連貫性進行填充的。

掃描轉換區域填充的核心是知道多邊形的邊界，要獲得多邊形內部的像素集，有不少種辦法。其中掃描線算法是利用一套特殊的數據結構，避免求交，而後一條條掃描線肯定。

區域填充條件更強一些，不但要知道邊界，並且要知道區域內的一點，能夠利用四連通或八連通區域不斷向外擴展。

 

填充一個定義的區域的選擇包括：

a)選擇實區域顏色或圖案填充方式

b)選擇某種顏色和圖案

這些填充選擇能夠應用於多邊形區域或用曲線邊界定義的區域；此外，區域可用多種畫筆、顏色和透明度參數來繪製

 

原文出處：https://www.cnblogs.com/wkfvawl/p/11625712.html