机械版CG 实验4 裁剪

1．实验目的：

了解二维图形裁剪的原理（点的裁剪、直线的裁剪、多边形的裁剪），利用VC+OpenGL实现直线的裁剪算法。

2．实验内容：

（1） 理解直线裁剪的原理（Cohen-Surtherland算法）

（2） 利用VC+OpenGL实现直线的编码裁剪算法，在屏幕上用一个封闭矩形裁剪任意一条直线。

（3） 调试、编译、修改程序。

3．实验原理：

编码裁剪算法的主要思想是：对于每条线段，分为三种情况处理。（1）若线段完全在窗口之内，则显示该线段，称为“取”；（2）若线段明显在窗口之外，则丢弃该线段，称为“弃”；（3）若线段既不满足“取”的条件，也不满足“舍”的条件，则把线段分割为两段。其中一段完全在窗口之外，可弃之；对另一段则重复上述处理。

算法中，为了快速判断一条直线段与矩形窗口的位置关系，采用了如图所示的空间划分和编码方案。延长窗口的四条边界，把未经裁剪的图形区域分为九个区，每个区有一个四位二进制的编码，从左到右各位依次表示上、下、右、左。例如，区号0101，左起第二位1表示该区在窗口的下方；右起第一位的1表示该区在窗口的左方。整个区号表示该区在窗口的左下方。

裁剪一条线段时，先求出两端点所在的区号code1和code2，若code1 = 0且code2 = 0，则说明线段的两个端点均在窗口内，那么整条线段必在窗口内，应取之；若code1和code2经按位与运算的结果不为0，则说明两个端点同在窗口的上方、下方、左方或右方。这种情况下，对线段的处理是弃之。如果上述两种条件都不成立，则按第三种情况处理。求出线段与窗口某边的交点，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，对另一段则重复上述处理。

4．实验代码：

#include <GL/glut.h>

#include <stdio.h>

#define LEFT_EDGE   1 //代表0001

#define RIGHT_EDGE 2         //代表0010

#define BOTTOM_EDGE 4       //代表0100

#define TOP_EDGE    8         //代表1000

bool bInput, accept, bDraw;

struct Rectangle

{

         float xmin,xmax,ymin,ymax;

};

Rectangle rect;

struct Point {    int x, y;};

Point pt[2];

void LineGL(Point pt0, Point pt1)

{

         glBegin (GL_LINES);

         glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f);   glVertex2f (pt0.x,pt0.y);

         glColor3f (0.0f, 1.0f, 0.0f);   glVertex2f (pt1.x,pt1.y); 

         glEnd ();

}

void PointGL(Point pt)

{

         glPointSize(2);

         glBegin (GL_POINTS);

         glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f);   glVertex2f (pt.x,pt.y);

         glEnd ();

}

int CompCode(Point pt,Rectangle rect)

{

         int code=0x00;

         if(pt.y<rect.ymin)

                   code=code|BOTTOM_EDGE;

         if(pt.y>rect.ymax)

                   code=code|TOP_EDGE;

         if(pt.x>rect.xmax)

                   code=code|RIGHT_EDGE;

         if(pt.x<rect.xmin)

                   code=code|LEFT_EDGE;

         return code;

}

void cohensutherlandlineclip(Rectangle rect, Point &pt0, Point &pt1)

{

         int &x0 = pt0.x;

         int &y0 = pt0.y;

         int &x1 = pt1.x;

         int &y1 = pt1.y;

         bool done = false;

         float x,y;

         int code0,code1, codeout;

         code0 = CompCode(pt0,rect);

         code1 = CompCode(pt1,rect);

         do{

                   if(!(code0 | code1))

                   {

                            accept=true;

                            done=true;

                   }

                   else if(code0 & code1)

                   {

                            done = true;

                   }

                   else

                   {  

                            if(code0!=0)

                                     codeout = code0;

                            else

                                     codeout = code1;

                            if(codeout&LEFT_EDGE){

                                     y=y0+(y1-y0)*(rect.xmin-x0)/(x1-x0);

                                     x=(float)rect.xmin;

                            }

                            else if(codeout&RIGHT_EDGE){

                                     y=y0+(y1-y0)*(rect.xmax-x0)/(x1-x0);

                                     x=(float)rect.xmax;

                            }

                            else if(codeout&BOTTOM_EDGE){

                                     x=x0+(x1-x0)*(rect.ymin-y0)/(y1-y0);

                                     y=(float)rect.ymin;

                            }

                            else if(codeout&TOP_EDGE){

                                     x=x0+(x1-x0)*(rect.ymax-y0)/(y1-y0);

                                     y=(float)rect.ymax;

                            }

                            if(codeout == code0)

                            {

                                     x0=x;y0=y;

                                     code0 = CompCode(pt0,rect);

                            }

                            else

                            {

                                     x1=x;y1=y;

                                     code1 = CompCode(pt1,rect);

                            }

                   }

         }while(!done);

}

void myDisplay()

{

         glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);

         glColor3f (1.0f, 0.0f, 0.0f);

         glRectf(rect.xmin,rect.ymin,rect.xmax,rect.ymax);

         if(accept)         

         {

                   if(bDraw)

                   {

                            LineGL(pt[0],pt[1]);

                   }

                  else

                            PointGL(pt[0]);

         }

         glFlush();

}

void Init()

{

         glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

         glShadeModel(GL_FLAT);

         rect.xmin=100;

         rect.xmax=300;

         rect.ymin=100;

         rect.ymax=300;

         accept = true;

         bInput = false;

         printf("Press Left Mouse Button to Draw two Point to create a line!"nPress key 'c' to Clip!"n");

}

void Reshape(int w, int h)

{

         glViewport(0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);

         glMatrixMode(GL_PROJECTION);

         glLoadIdentity();

         gluOrtho2D(0.0, (GLdouble) w, 0.0, (GLdouble) h);

}

void keyboard(unsigned char key, int x, int y)

{

         switch (key)

         {

         case 'c':

                   cohensutherlandlineclip(rect, pt[0],pt[1]);     

                   glutPostRedisplay();

                   break;

         default:

                   break;

         }

}

void mouse(int button, int state, int x, int y) //鼠标处理回调函数

{

         switch (button)

         {

         case GLUT_LEFT_BUTTON://鼠标左键

                   if (state == GLUT_DOWN)//按下

                   {

                            if (bInput == false)

                            {

                                     pt[0].x = x;

                                     pt[0].y = 480 - y;

                                     bInput = true;

                                     bDraw = false;

                                     accept = true;

                                     glutPostRedisplay();//

                            }

                            else

                            {

                                     pt[1].x = x;

                                     pt[1].y = 480 - y;

                                     bDraw = true;

                                     bInput = false;

                                     glutPostRedisplay();//

                            }       

                   }

                   break;

         default:

                   break;

         }

}

int main(int argc, char *argv[]) {  glutInit(&argc, argv);  glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_SINGLE);  glutInitWindowPosition(100, 100);  glutInitWindowSize(640, 480);  glutCreateWindow("Hello World!");

 Init();  glutDisplayFunc(myDisplay);  glutReshapeFunc(Reshape);  glutKeyboardFunc(keyboard);  glutMouseFunc(mouse); // 注册鼠标处理函数  glutMainLoop();  return 0; }

代码注释：

(1)程序增加了鼠标功能，在窗口内不同位置点击左键可生成一条直线；

(2)实现鼠标函数mouse(int button, int state, int x, int y)：处理鼠标click事件的函数。一般有4个参数：第一个参数表明哪个鼠标键被按下或松开，这个变量可以是下面的三个值中的一个：

GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_MIDDLE_BUTTON, GLUT_RIGHT_BUTTON

第二个参数表明，函数被调用发生时，鼠标的状态，也就是是被按下，或松开，可能取值如下：

GLUT_DOWN, GLUT_UP

当函数被调用时，state的值是GLUT_DOWN，那么程序可能会假定将会有个GLUT_UP事件，甚至鼠标移动到窗口外面，也如此。然而，如果程序调用glutMouseFunc传递NULL作为参数，那么GLUT将不会改变鼠标的状态。 

剩下的两个参数（x,y）提供了鼠标当前的窗口坐标（以左上角为原点）。

更多详细介绍请参考：http://blog.csdn.net/nauty_li/archive/2008/03/29/2227163.aspx

(3)为确保程序运行正确请不要用鼠标拖动改变窗口的大小。 

(4)附MFC代码示例：/Files/opengl/LineClip_GDI.rar

5．实验思考题

请分别给出直线的三种不同位置情况，测试实验代码是否存在问题，有的话请调试改正。