绘画围栏算法

绘画围栏算法是一种计算机图形学中的算法，它用于在给定的边界内填充图形。

定义

绘画围栏算法是一种用于填充二维空间(通常指平面)的算法，它将边界与填充颜色联结起来，将边界一个一个地扫描填充，并根据边界的拓扑结构确定多边形内部的颜色。

算法步骤

绘画围栏算法的主要步骤如下：

1. 由用户指定所需填充区域的轮廓，并选定填充颜色。

2. 使用边界跟踪算法确定轮廓的方向。这可以通过检查轮廓的交点来完成。起始点被标记为一个“活动点”。

3. 在轮廓上选择另一个交点作为下一个活动点。

4. 将从现有活动点到新活动点的线画出。

5. 如果没有更多的交叉点，则已经找到了完整的轮廓。

6. 完成轮廓遍历后，开始执行填充算法。用扫描线从上到下遍历填充区域。当扫描线切过轮廓时，扫描线和轮廓之间生成“跨越”，这将指示填充颜色将标记从当前像素填充到轮廓的另一侧。

7. 继续向下移动扫描线，过程重复，直到填充完成。

代码片段

以下代码片段演示了如何使用Python实现绘画围栏算法。代码中的正则表达式用于从用户输入中提取点坐标。

import re

def parse_input(input_str):
   """解析用户输入"""
   pat = r"\((\d+),(\d+)\)"
   matches = re.findall(pat, input_str)
   return [(int(x), int(y)) for x, y in matches]

def draw_outline(points, color):
   """绘制轮廓线"""
   # 计算凸包
   hull = calculate_convex_hull(points)
   # 选择一个点作为起始点
   start_point = hull[0]
   current_point = start_point
   while True:
       # 选择下一个点
       next_point = get_next_point(hull, current_point)
       # 绘制线段
       draw_line(current_point, next_point, color)
       # 如果已经返回到起始点，则完成绘制
       if next_point == start_point:
           break
       current_point = next_point

def fill_area(points, color):
   """填充轮廓内部"""
   # 找到最上方和最下方的点
   upper_y = min(p[1] for p in points)
   lower_y = max(p[1] for p in points)

   # 遍历填充区域
   for y in range(upper_y, lower_y+1):
       # 扫描线与轮廓的交点
       intersections = []
       for edge in get_edges(points):
           if edge.start.y <= y <= edge.end.y or edge.end.y <= y <= edge.start.y:
               x_int = edge.get_intersection(y)
               intersections.append(x_int)
       # 按X值排序(从小到大)
       intersections.sort()
       # 配成匹配对
       pairs = zip(intersections[::2], intersections[1::2])
       # 填充像素
       for pair in pairs:
           for x in range(pair[0], pair[1]+1):
               draw_pixel(x, y, color)