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实验三、用Cohen-Sutherland裁剪算法实现直线段裁剪

一、实验目的及要求

本实验旨在实现直线段的裁剪，使用Cohen-Sutherland裁剪算法进行处理。通过输入直线段的起点和终点坐标，并指定裁剪窗口（矩形），对直线段进行裁剪，并输出裁剪后的结果。

二、实验设备

• Microsoft Visual Studio 2022

三、实验原理

Cohen-Sutherland裁剪算法是一种计算机图形学中用于实现直线段裁剪的算法。它通过对直线段进行编码和边界判断，确定直线段与裁剪窗口的相对位置关系，并剔除不需要显示的部分，从而实现直线段的裁剪。

四、实验方法与步骤

1. 算法思想

Cohen-Sutherland裁剪算法基于直线段的端点与裁剪窗口的相对位置关系进行裁剪。通过将直线段的两个端点进行编码，然后根据编码判断直线段是否与裁剪窗口相交或包含，从而确定需要保留的部分。

2. 算法步骤

• 将直线段的两个端点进行编码，编码规则为裁剪窗口的左、右、上、下四个边界分别对应一个二进制位，分别记为左、右、上、下。
• 判断两个端点的编码，如果两个编码的逻辑与结果不为0，说明直线段完全在裁剪窗口的外部，可以直接剔除。
• 如果两个编码的逻辑与结果为0，说明直线段完全在裁剪窗口的内部，保留整条直线段。
• 否则，对两个端点进行裁剪。根据编码规则和直线段的斜率，判断需要裁剪的边界，计算出裁剪后的新端点，并使用新的端点替换原有的端点。
• 重复以上步骤，直到直线段完全在裁剪窗口的内部或外部。

3. 代码

int computeOutCode(int x, int y, int xmin, int xmax, int ymin, int ymax) {
    int code = INSIDE;

    if (x < xmin)
        code |= LEFT;
    else if (x > xmax)
        code |= RIGHT;

    if (y < ymin)
        code |= BOTTOM;
    else if (y > ymax)
        code |= TOP;

    return code;
}

void cohenSutherland(int x0, int y0, int x1, int y1, int xmin, int xmax, int ymin, int ymax) {
    int outcode0 = computeOutCode(x0, y0, xmin, xmax, ymin, ymax);
    int outcode1 = computeOutCode(x1, y1, xmin, xmax, ymin, ymax);
    bool accept = false;

    while (true) {
        if ((outcode0 | outcode1) == 0) {
            accept = true;
            break;
        }
        else if ((outcode0 & outcode1) != 0) {
            break;
        }
        else {
            int x, y;
            int outcodeOut = outcode0 != 0 ? outcode0 : outcode1;

            if (outcodeOut & TOP) {
                x = x0 + (x1 - x0) * (ymax - y0) / (y1 - y0);
                y = ymax;
            }
            else if (outcodeOut & BOTTOM) {
                x = x0 + (x1 - x0) * (ymin - y0) / (y1 - y0);
                y = ymin;
            }
            else if (outcodeOut & RIGHT) {
                y = y0 + (y1 - y0) * (xmax - x0) / (x1 - x0);
                x = xmax;
            }
            else if (outcodeOut & LEFT) {
                y = y0 + (y1 - y0) * (xmin - x0) / (x1 - x0);
                x = xmin;
            }

            if (outcodeOut == outcode0) {
                x0 = x;
                y0 = y;
                outcode0 = computeOutCode(x0, y0, xmin, xmax, ymin, ymax);
            }
            else {
                x1 = x;
                y1 = y;
                outcode1 = computeOutCode(x1, y1, xmin, xmax, ymin, ymax);
            }
        }
    }

    if (accept) {
        printf("裁剪后的直线段坐标为：(%d, %d) 到 (%d, %d)\n", x0, y0, x1, y1);
    }
    else {
        printf("直线段在窗口外部，不进行裁剪。\n");
    }
}

五、实验结果

1. Cohen-Sutherland裁剪算法实现直线段裁剪

六、结论

Cohen-Sutherland裁剪算法是一种常用的直线段裁剪算法，通过对直线段进行编码和边界判断，可以快速剔除不需要显示的部分，从而实现直线段的裁剪。本次实验通过编写代码实现了Cohen-Sutherland裁剪算法，并成功进行了直线段的裁剪。该算法具有较高的效率和准确性，在计算机图形学中有着广泛的应用。