运用python实现Cohen |
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运用python实现Cohen
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本篇为原创，仅仅作为学习参考之用，转载请说明。 一.题目描述： 在二维观察中，需要在观察坐标系下根据窗口大小对二维图形进行裁剪（clipping），只将位于窗口内的图形变换到视区输出。 直线段裁剪是二维图形裁剪的基础，裁剪的实质是判断直线段是否与窗口相交，如相交则进一步确定直线段上位于窗口内的部分。 那么怎么进行裁剪，首先要定义一下窗口内及窗口外的编码，每段直线的端点都被赋予一组四位二进制代码， 称为区域编码(region code，RC)，用来标识直线段端点相对于窗口边界及其延长线的位置。如图
为了保证窗口内及窗口边界上直线段端点的编码为零，定义规则如下： C0：若端点的xwxr，则C1=1，否则C1=0。 C2：若端点的ywyt，则C3=1，否则C3=0。
二.算法思路： 1.将直线起点p1和终点p2进行编码得到code1和code2.。 2.若两端点编码值均为0，说明直线段在窗口内，保留。 3.若两端点编码值code1&code2!=0，则说明直线段位于窗外的同一侧，或左方、或右方、或上方、或下方，抛弃。 4.若code1&code2==0，则直线段必然与窗口边界或窗口边界的延长线相交，此时该进行求交点操作。 任取编码值不为0的其中一点p1（该点必然在窗口外），然后用p1的编码值与窗口之外左右下上的编码值进行按位与&运算， 如果结果不为0，则直线段与窗口该侧的边界有交点，根据直线起点和终点求出交点。 将交点进行编码，把编码值赋给p1，则此时p1位于窗口边界上，即交点成为直线段起点，相当于舍去原来的p0与交点的那个线段，形成一个新的线段p1p2， 再次重复以上步骤，若皆在窗口中，则保留；否则继续循环，直到直线段全部位于窗口内为止。
三.注意事项 如果想绘制出图形的话要自己学习python的图形库哦，这里我用的是OpenCV库。首先建立画布，画出矩形窗口区域，然后才开始裁剪算法的， 这里裁剪的实质是判断直线的哪些部分在窗口内部，然后绘制出它们，窗口之外的部分就忽略。
四.代码  
1 import numpy as np
2 import cv2
3
4 LEFT = 1
5 RIGHT = 2
6 BOTTOM = 4
7 TOP = 8
8
9 xl = 300
10 xr = 500
11 yb = 150
12 yt = 350 # 窗口的边界值
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14 # Create a black image
15 img = np.zeros((500, 800, 3), np.uint8) # 相当于建立画布
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18 # 编码
19 def encode(x, y):
20 c = 0
21 if x xr:
24 c = c | RIGHT
25 if y yt:
28 c = c | TOP
29 return c
30
31
32 # cohen-sutherland 算法
33 def CohenSutherland(x1, y1, x2, y2):
34 code1 = encode(x1, y1)
35 code2 = encode(x2, y2)
36 outcode = code1 # outcode是总在窗口外的那个端点
37 x, y = 0, 0
38 area = False # 设置一个是否满足条件的区分标志
39 while True:
40 if (code2 | code1) == 0:
41 area = True
42 break
43 if (code1 & code2) != 0: # 简弃之
44 break
45 if code1 == 0: # 开始求交点
46 outcode = code2
47 if (LEFT & outcode) != 0: # 与窗口左边界相交
48 x = xl
49 y = y1 + (y2 - y1) * (xl - x1) / (x2 - x1)
50 elif (RIGHT & outcode) != 0:
51 x = xr
52 y = y1 + (y2 - y1) * (xr - x1) / (x2 - x1)
53 elif (BOTTOM & outcode) != 0:
54 y = yb
55 x = x1 + (x2 - x1) * (yb - y1) / (y2 - y1)
56 elif (TOP & outcode) != 0:
57 y = yt
58 x = x1 + (x2 - x1) * (yt - y1) / (y2 - y1)
59 x = int(x) # 转换为整型
60 y = int(y)
61 if outcode == code1:
62 # print('hhh') # 测试用
63 x1 = x
64 y1 = y
65 code1 = encode(x, y)
66 else:
67 # print('eee')
68 x2 = x
69 y2 = y
70 code2 = encode(x, y)
71 if area == True: # 若满足条件即可划线
72 cv2.line(img, (x1, y1), (x2, y2), (0, 255, 255)) # 这里传递的点的坐标必须是整型，否则出错
73 return
74
75
76 # 做测试用的 不用理会
77 def test():
78 print('test test test!')
79 c = encode(23, 46)
80 print(c)
81
82
83 def main(): # 主函数
84 # 绘制矩形窗口与直线 这里是显示裁剪之前的样子 要测试记得把下面的裁剪部分注释掉
85 cv2.rectangle(img, (300, 150), (500, 350), 255)
86 # cv2.line(img, (0, 0), (260, 260), (0, 255, 255))
87 # cv2.line(img, (400, 50), (200, 400), (0, 255, 255))
88 # cv2.line(img, (350, 100), (450, 400), (0, 255, 255))
89 # cv2.line(img, (150, 250), (650, 250), (0, 255, 255))
90 # cv2.line(img, (400, 75), (400, 425), (0, 255, 255))
91 # cv2.line(img, (350, 300), (450, 200), (0, 255, 255))
92
93 # 窗口裁剪直线 这里是显示裁剪之后的样子
94 CohenSutherland(0, 0, 260, 260) # 传递直线起点和终点坐标
95 CohenSutherland(400, 50, 200, 400)
96 CohenSutherland(350, 100, 450, 400)
97 CohenSutherland(150, 250, 650, 250)
98 CohenSutherland(400, 75, 400, 425)
99 CohenSutherland(350, 300, 450, 200)
100 # test()
101
102 # 窗口显示图形
103 cv2.imwrite('out1.jpg', img) # 生成一张图片
104 cv2.namedWindow('image', cv2.WINDOW_NORMAL) # 直接显示窗口
105 cv2.resizeWindow('image', 800, 500) # 定义frame的大小
106 cv2.imshow('image', img) # 显示图像
107 k = cv2.waitKey(0) # 等待键盘输入，为毫秒级 0表示一直等待
108 if k == 27: # 键盘上Esc键的键值 按下就会退出 设置好条件更加方便
109 cv2.destroyAllWindows()
110
111
112 # print('this message is from main function')
113
114
115 if __name__ == '__main__':
116 main()
117 # print('now __name__ is %s' % __name__)
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五.运行结果 裁剪前：
裁剪后：
五.思考与收获 学会把思路理清后，自己能够写出基本框架的程序，一些不懂的知识就去及时百度，以后要系统学习python的库，感觉很好用， 在学习的过程中，也要加强做笔记的能力，多写博客吧。
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