计算机图形学洪水填充算法

简介

洪水填充算法（Flood Fill）是计算机图形学中一种常用的算法，用于将一个封闭区域（通常是由线段连成的多边形）内部的所有像素都填充上相同的颜色。

洪水填充算法的基本思想是从某个起始像素开始，不断向四周扩展，并将所有与起始像素相邻且颜色相同的像素标记为已填充，直到遍历完整个区域为止。

在实际应用中，洪水填充算法被广泛应用于图像处理、计算机辅助设计、绘图软件等领域。

实现

洪水填充算法有多种实现方式，这里介绍两种常用的方法：递归实现和栈实现。

递归实现

递归实现的洪水填充算法比较简单，主要思路是从起始像素开始向四周扩展，对所有相邻且颜色相同的像素进行填充，并递归调用自身，直到填充完整个区域。

def flood_fill_recursive(x, y, target_color, new_color):
    if get_color(x, y) == target_color:
        set_color(x, y, new_color)
        flood_fill_recursive(x+1, y, target_color, new_color)
        flood_fill_recursive(x-1, y, target_color, new_color)
        flood_fill_recursive(x, y+1, target_color, new_color)
        flood_fill_recursive(x, y-1, target_color, new_color)

栈实现

栈实现的洪水填充算法需要使用一个栈数据结构保存待填充的像素点，每次从栈中弹出一个像素点，对其周围相邻且颜色相同的像素进行填充，并将其放入栈中，直到栈为空。

def flood_fill_stack(x, y, target_color, new_color):
    stack = [(x, y)]
    while stack:
        x, y = stack.pop()
        if get_color(x, y) == target_color:
            set_color(x, y, new_color)
            stack.append((x+1, y))
            stack.append((x-1, y))
            stack.append((x, y+1))
            stack.append((x, y-1))

注意事项

在实现洪水填充算法时需要注意以下几点：

• 区域的边界不能被填充
• 若区域内存在孔洞，则需要对孔洞进行特殊处理
• 对于大面积区域，使用递归实现容易导致栈溢出，应使用栈实现

总结

洪水填充算法是一种简单而实用的计算机图形学算法，它可以方便地对封闭区域进行填充。在实践中，需要根据实际情况选择合适的实现方式，并注意各种细节问题。