计算机图形学实验报告-二维裁剪
计算机科学与技术学院
2013－2014学年第一学期
《计算机图形学》实验报告
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成绩：
实验项目(3、二维裁剪)
实验目的与要求
掌握线段裁剪算法原理，并实现其算法。
理解多边形裁剪、字符裁剪算法思想，能编程实现其算法。
实验内容
设计菜单程序，利用消息处理函数，完成以下要求：
实现直线段的标号法(Cohen-Sutherland)、矩形窗口裁剪算法。
参考教材中的算法，用矩形窗口实现多边形的Sutherland-Hodgman裁剪算法。
重要算法分析
以下分析Cohen-Sutherland和Sutherland-Hodgman两个算法，其中Cohen-Sutherland算法的基本思想通过编码的方法快速实现对直线段的裁剪；Sutherland-Hodgman算法基本思想是用窗口的四条边所在的直线依次来裁剪多边形。
Cohen-Sutherland算法
该算法的基本思想是：对于每条待裁剪的线段P1,P2分三种情况处理：
若P1P2完全在窗口内，则显示该线段。
若P1P2完全在窗口外，则丢弃该线段。
若线段既不满足“取”的条件，也不满足“舍”的条件，则求线段与窗口边界的交点，在交点处把线段分为两段。
编码原则
具体编码过程为将延长线窗口的四条边线(yT、yB、xR、xL)，将二维平面分成九个区域，全为0的区域是裁剪窗口，其中各位编码的定义如下：
按照如上定义，相应区域编码如图1所示。
图1 区域编码
裁剪算法：
依据上面的编码原则，可以总结出对一条线段的可见性进行测试：
若线段两个端点的四位二进制编码全为0000，即两端点编码逻辑或运算为0，那么该线段完全位于窗口内，可直接保留。
对端点的四位二进制编码进行逻辑与运算，若结果不为零，那么整条线段必位于窗口外，可直接舍弃。
否则，这条线段既不能保留也不能舍弃，它可能与窗口相交。此时，需要对窗口进行再分割，并对分割后的线段按照一定顺序进行检查，决定保留、舍弃或再分割。重复这过程，直到全部线段均被舍弃或保留为止。
Sutherland-Hodgman算法
算法的基本思想是利用窗口的四条边所在的直线依次来裁剪多边形。多边形的每条边与裁剪线的位置关系有4种情况，如图2所示。
图2 多边形边界与裁剪窗口的关系
其中a)为从外到内的输出P和I，b)为从内到内输出P，c)为从内到外输出I，d)为从外到外不输出。
假设当前处理的多边形为SP。
在图2a的情况中，端点S在外侧，P在内侧，则按顺序将交点I和P都输出到结果多边形的顶点表中。
在图2b的情况中，端点S和都在内侧，则输出P到结果多边形的顶点表中。
在图2c的情况中，端点S在内侧，P在外侧，则输出交点I到结果多边形的顶点表中。
在图2d的情况中，端点S和 P在外侧，没有输出。
程序运行截图
用Cohen-Sutherland算法实现线段的裁剪，如图3所示，其中a)图中的线段为裁剪前的，b)图将超出裁剪多边形的线段部分裁剪后的结果。
图3 Cohen-Sutherland算法裁剪前和后
a)裁剪前 b)裁剪后
Sutherland-Hodgman算法实现多边形裁剪，如图4所示。
图4 Sutherland-Hodgman算法裁剪多边形前和后
a)裁剪多边形前 b)裁剪多边形后
总结与调试经验
通过这次实验，加深了对图形学的理解，尤其对线段裁剪和多边形裁剪有了更加深入的理解。
我学会了多边形裁剪算法，从刚开始的不知道到现在的理解，这是一个很大的进步，当然我也遇到了些困难，比如用某一条多边形的窗口边界裁剪多边形，它要分为四种情况来分别考虑，也看出了我的思维不够周密，需要多多锻炼。
