《计算机图形学教学资料》第8讲-文本生成及反走样技术

2020/6/14,1,本章内容,直线的扫描转换圆与椭圆的扫描转换区域填充二维裁剪字符生成反走样,第五节字符的表示和输出,字符编码字库,2020/6/14,3,字符表示-数字编码,ASCIIAmericanStandardCodeforInformationInterchange国标码中华人民共和国国家标准信息交换编码(GB2312-80)两个七位编码（区码、位码）,2020/6/14,4,GB2312-80内容,7445个图形字符的二进制数编码，包括：3755+3008个汉字，使用频度达99.99%以上202个一般符号22个数字52个拉丁字母169个日文假名48个希腊字母66个俄文字母26个汉语拼音符号37个汉语注音字母,2020/6/14,5,字符表示-字库,点阵字符矢量字符,2020/6/14,6,点阵字符,用位图表示字符。,2020/6/14,7,点阵字符生成,生成字符点阵的实现过程:扫描来自打字机并加以放大的字符的图形对每个字符的单个像素进行必要的修饰在字符缓存区(存储字符图象的画布区域)存储点阵各种不同的字体需要不同的点阵集合,2020/6/14,8,点阵字符的存储,字符缓存区技术：把字符一个连一个地存储在画布中（所需存储空间非常宽，但存储高度仅是最高字符的点阵高度）,载入的字符可使用一个结构来描述，该结构包括：字符图象在画布中存储的位置的索引字符的点阵高度信息相邻字符之间的空间间隔,2020/6/14,9,续：,typedefstructintleftX,width;/*Horizontallocation,widthofimageinfontcache*/charLocation;typedefstructcanvasIDcache;intdescenderHeight,totalHeight;/*Heightisaconstant;widthvaries*/intinterCharacterSpacing;/*Measuredinpixels*/charLocationlocationTable128;/*Explainedinthetext*/fontCacheDescriptor;,2020/6/14,10,2020/6/14,11,字体的实现,针对不同的字符尺寸、字体、字型以及显示或输出设备的不同，需要不同的字符缓存超大存储量要求!,2020/6/14,12,矢量字符,利用字符的笔划信息表示字符,-1,直线段-二次曲线、三次曲线,落笔,抬笔,2020/6/14,13,续：,实现：使用字符的多边形或者曲线轮廓（用浮点参数描述）以抽象的与设备无关的方式存储字符按需对以上格式进行变换优点：通过定义适当的缩放比例，可由已存储的单一表示形式生成多种不同尺度字符对字符轮廓进行错切变换可以实现斜体字符的快速生成字符轮廓可以进行任意的平移、旋转、缩放及裁剪,2020/6/14,14,点阵字符与矢量字符的比较,显示：点阵字符-位块拷贝:简便快捷矢量字符-画线:计算复杂速度慢变换：点阵字符：变形严重矢量字符：端点变换存储：点阵字符占用空间大矢量字符占用空间小,2020/6/14,15,优化的使用策略,综合两种方式的优势:以轮廓方式存储字符将所需使用的字符按照指定的需求转换为点阵格式,2020/6/14,16,文本的裁剪,裁剪精度串精度字符精度笔划精度,TEXT,TEXT,TEXT,2020/6/14,17,小结,字符生成字符编码字符库点阵字符：显示方便、占用空间大矢量字符：画线显示、变换方便、占用空间小优化策略：存储矢量字符+转换为点阵字符字符裁剪点阵字符：裁剪精度矢量字符：（曲）线段裁剪,2020/6/14,18,第六节反混淆技术,混淆:因真实图形的离散表示而产生例如：扫描转换时采用的“all-or-nothing”方式引起锯齿或者阶梯现象反混淆:应用减少或者消除混淆的技术实现反混淆的图元绘制,2020/6/14,19,混淆的产生,连续图形表示为离散图形时采样不足产生,2020/6/14,20,提高分辨率(过取样或后过滤)区域采样方法(前滤波)非加权区域采样方法加权的区域采样方法,反混淆技术分类,2020/6/14,21,提高分辨率,实现(假设初始分辨率是mn)单个象素被细分成st个子象素显示图形按照stmn分辨率进行扫描转换，记录每个子象素的颜色原分辨率下象素所对应的颜色由其细分后的子象素颜色值的某种平均来定义,原理:,2020/6/14,22,简单平均,计算子像素颜色的平均值,2020/6/14,23,续：,加权平均,2020/6/14,24,算法特点,图形显示效果得以改善弱化了锯齿现象以存储及扫描转换时间的增加为代价是一种高代价的解决方案,2020/6/14,25,区域采样方法（1）,原理：实际的线段总是有宽度的（至少是一个象素宽）当锯齿边界与背景的对比度较为模糊时，显示出的线段失真不明显边界模糊化的实现：象素亮度与象素落在线段内的面积成正比,2020/6/14,26,实现：以线段的扫描转换为例用无宽度的理想线段绘制每一线段的外轮廓：线段首末端点的象素中心连线，并向外左右各延伸w/2做其平行线，再连接端点构成线段的轮廓,区域采样方法（2）,2020/6/14,27,区域采样方法（3）,不妨认为象素是正方形。规定象素的色度值与该象素与直线轮廓范围的公共部分的面积大小成正比：重叠部分越大，说明该象素越接近直线的核心部位，色度应接近前景色（完全落入时，则置为前景色）；当公共部分面积较小时，表明它只在直线轮廓的边缘处应取介于前景色和背景色之间的色度值，以减轻锯齿效应。,2020/6/14,28,区域采样方法（4）,具体的色度取值采用非加权区域采样方法或加权区域采样方法,2020/6/14,29,非加权区域采样方法,像素值由线段与像素重叠的面积决定,?:重叠面积的计算,2020/6/14,30,续：,重叠面积的近似计算：像素分割为尺寸更小的子像素计数落在线段轮廓内部的子像素的数目,2020/6/14,31,技术特点,明显改善扫描转换图元的失真现象具有以下三种属性:与线段重叠的像素的值随着像素中心与线段距离的增加而递减与图元不相交的像素的值将不受到图元的任何影响相同的重叠面积产生相同的像素值分量，而与像素中心与区域的距离无关,2020/6/14,32,改进思路,相同重叠面积产生不同的像素分量:一个靠近像素中心的小区域比远离像素中心的较大区域应具有更大的影响,2020/6/14,33,非加权与加权,2020/6/14,34,加权区域采样,改变了非加权区域采样方法的两个特点：全部落在单位宽度的线内的像素的亮度值因受到权值的影响，亮度降低中心到线段距离足够近的像素会获得较多的线段亮度贡献降低了相邻像素之间的颜色对比，使过度更加光滑,2020/6/14,35,近似计算,2020/6/14,36,本章总结,图元生成线段圆与椭圆多边形字符生成图元处理二维裁剪反走样,数值微分法中点画线法Bresenham画线法,圆的扫描转换中点画圆算法Bresenham画圆算法内接正多边形迫近法椭圆的扫描转换中点画法,多边形有序边表填充算法边缘填充算法种子填充算法,点阵字符