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基于曲率和覆盖面积的圆弧反走样算法的研究

基于曲率和覆盖面积的圆弧反走样算法的研究

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作者：陈程西安电子科技大学

学位级别：硕士

计算机图形学是计算机科学的重要组成部分,在众多领域中都得到了十分普遍的应用。图元的光栅化是其中一个重要的研究方向,而圆弧的光栅化是图元光栅化的重要组成部分。目前已经有很多经典的圆弧光栅化算法,但是这些算法都有一个共同缺点... 详细信息

计算机图形学是计算机科学的重要组成部分,在众多领域中都得到了十分普遍的应用。图元的光栅化是其中一个重要的研究方向,而圆弧的光栅化是图元光栅化的重要组成部分。目前已经有很多经典的圆弧光栅化算法,但是这些算法都有一个共同缺点:即是相比较绘制效果更加重视执行效率,这就导致这些算法所绘制的圆弧在视觉效果方面并不理想;并且这些算法基本只针对单象素宽的理想圆弧,没有针对多象素宽圆弧提出解决方案。随着时间的推移,在航空航天领域,在现代化工程设计领域,具有高质量视觉效果的圆弧是必不可少的,并且在不同情况下可能需要绘制不同像素宽度的圆弧。针对此种情况,本文旨在保证效率的情况下研究视觉效果更佳的圆弧光栅化算法。论文的开始先介绍了课题来源,对计算机图形学的发展史做了简要的介绍,并且讨论了当前国内外图形领域的研究现状,并做出分析。然后论文简单介绍了光栅化的来源及概念,简要分析了圆弧的一些基本几何特性,以及现有的圆弧光栅化经典算法,着重分析了圆弧光栅化的过程和这些经典算法的特点。其次,对于走样现象的产生机理和消除走样的原理进行简单的介绍,根据反走样原理引出经典的圆弧反走样算法,简要介绍并分析这些算法的优劣。再次,通过吸取经典算法的经验教训,本文提出不同于经典算法的全新算法——基于曲率和覆盖面积的圆弧反走样算法。该算法的核心思想是先想办法求得理想圆弧与各个像素点相交的面积,依据相交面积与象素点本身面积的比例、已知的绘图颜色及绘图窗口的背景色,为对应象素点赋与相应的颜色值,然后绘制圆弧。依据本文所提出的新算法,对圆弧绘制结果以及算法执行时间进行了试验,并以此综合实现了一套测试系统。论文的最后先简要的介绍测试系统的设计概念及框架,以及如何利用系统做算法测试的详细流程,然后编写了多个有针对性的测试样例分别对效果和效率进行了测试。测试成果表明,基于曲率和覆盖面积的圆弧反走样算法,绘制的圆弧相比现有的经典算法在效率获得保障的情况下视觉效果有很显著的提升。

关键词：计算机图形学圆弧反走样视觉效果象素点圆弧曲率

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