隋雪潔+高林+楊偉+萬國超+劉貴彬

摘 要：分析了離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的一般處理方法，針對(duì)慢速手繪圖形產(chǎn)生的邊緣噪點(diǎn)問題，提出一種適用于實(shí)時(shí)生成圖形的預(yù)處理算法，對(duì)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)篩選插值，以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。在MFC中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并將其應(yīng)用于軟件開發(fā)，測試表明該算法繪圖效果改善極大，慢速手繪圖形平滑且不失真。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：離散點(diǎn)；MFC；GDI；插值；邊緣噪點(diǎn)

DOIDOI：10.11907/rjdk.161468

中圖分類號(hào)：TP317.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2016）008-0183-03

0 引言

無論是科學(xué)研究還是實(shí)際生產(chǎn)中，人們通過采集、測量或者實(shí)驗(yàn)會(huì)獲得很多數(shù)據(jù)，通常情況下，這些數(shù)據(jù)都是離散的，很難直接從一大堆離散數(shù)據(jù)中找到它們的內(nèi)在聯(lián)系。隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，離散數(shù)據(jù)的重建與可視化得到越來越廣泛的研究與應(yīng)用，主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值、擬合形成曲線或曲面，用圖形圖像的方式表現(xiàn)出來。本文結(jié)合實(shí)際需求，針對(duì)手繪圖形實(shí)時(shí)輸出產(chǎn)生的噪點(diǎn)問題，提出一種新的研究方法，對(duì)干擾點(diǎn)進(jìn)行處理，并在MFC中實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)證明，該方法能夠很好地應(yīng)用于手繪圖形生成中。

1 問題闡述

激光筆打在手繪板上進(jìn)行繪圖，采樣畫筆的采樣頻率固定不變，快速書寫時(shí)點(diǎn)與點(diǎn)之間的間隔大，采集的樣點(diǎn)相對(duì)精確，所繪出的圖像圓滑，可以被視覺所接受。但在實(shí)際操作中，手繪迅速程度無法保證，當(dāng)筆觸放慢時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)的間隔很小，相同時(shí)間段內(nèi)，采集點(diǎn)的數(shù)量增多，若不對(duì)采集點(diǎn)進(jìn)行處理，則導(dǎo)致繪出的圖像產(chǎn)生邊緣噪點(diǎn)。

2 離散點(diǎn)處理技術(shù)

離散點(diǎn)是一些孤立的點(diǎn)集，每個(gè)元素之間都有一定的間距，在二維或者三維空間上無規(guī)律分布，復(fù)雜程度不一[1]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者主要用3種技術(shù)對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行處理，選擇何種方法取決于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，用逼近的方法處理帶有一定誤差的數(shù)據(jù)；用插值的方法處理非常準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；若部分?jǐn)?shù)據(jù)有誤差，部分?jǐn)?shù)據(jù)準(zhǔn)確，則選用擬合的方法。

上述過程將數(shù)據(jù)分為兩部分，在閾值范圍以內(nèi)的不做處理，若將不合閾值的點(diǎn)全部刪除，曲線會(huì)更加平滑，但直接刪除的后果是數(shù)據(jù)的誤差導(dǎo)致圖像失真，因此，該部分暫留點(diǎn)進(jìn)行分析后再加以精確，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

考慮到筆畫的趨勢問題，將點(diǎn)按照方位進(jìn)行處理，以本次保留點(diǎn)為原點(diǎn)，下一保留點(diǎn)為終點(diǎn)，兩點(diǎn)連線作為參考向量，計(jì)算其余點(diǎn)向量與之夾角，夾角越小，與用戶繪制圖形相關(guān)性越大，反之，夾角太大，則極有可能為干擾點(diǎn)。

定義相鄰保留點(diǎn)的中點(diǎn)坐標(biāo)為（x，y），干擾點(diǎn)坐標(biāo)為（xj，yj），w1=0.5，與參照線直線夾角余弦值為w2，若w2>w1將本部分點(diǎn)再次刪減，以距離加權(quán)的方式計(jì)算其余采集點(diǎn)的估計(jì)值remain，插入相應(yīng)保留點(diǎn)位置。

當(dāng)前對(duì)已有離散點(diǎn)做好預(yù)處理，運(yùn)用GDI的DrawCurve算法，通過一定的張力，將最終保留點(diǎn)連接為基數(shù)樣條曲線，保證繪制的曲線平滑地經(jīng)過每一個(gè)點(diǎn)，陡度上沒有突然的變化和尖角，確保繪制的滑順性。

4 實(shí)現(xiàn)

4.1 平臺(tái)

采用VS/MFC開發(fā)環(huán)境，MFC是VC++ 的核心，徹底封裝Windows應(yīng)用程序開發(fā)包的功能和結(jié)構(gòu)，提供一個(gè)應(yīng)用程序框架，并繼承C++繪圖方面的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合圖形設(shè)備接口GDI，處理所有Windows程序的圖形輸出。MFC提供了兩種重要的類以支持GDI繪圖，一是用于設(shè)置繪圖屬性和繪制圖形的設(shè)備環(huán)境DC類，二是各種GDI繪圖對(duì)象的繪圖對(duì)象類[2]。

4.2 雙緩沖機(jī)制

Windows需要重畫窗口時(shí)，會(huì)向窗口發(fā)出一個(gè)消息函數(shù)，應(yīng)用程序?qū)⒃谙㈨憫?yīng)函數(shù)中重繪，導(dǎo)致屏幕不停閃爍，繪圖效率低，CPU占用率高，還有可能導(dǎo)致程序崩潰[3]。因此對(duì)于本次復(fù)雜繪圖，采用后緩沖區(qū)的方式，將窗口內(nèi)容拷貝到dc中，要顯示的函數(shù)先繪制在內(nèi)存虛擬dc上。為方便調(diào)用，dc作為一個(gè)全局的變量存在，當(dāng)所有操作完成后，再將內(nèi)容復(fù)制到屏幕，實(shí)質(zhì)上只是在OnPaint里貼圖，解決屏幕閃爍問題。

主要實(shí)現(xiàn)代碼如下：

CPaintDC dc（this）；CRect rect；GetClientRect（&rect）； //獲取對(duì)話框長寬CDC dcBmp； //定義并創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存設(shè)備環(huán)境 CBitmap MemBitmap； //定義一個(gè)位圖對(duì)象dcBmp.CreateCompatibleDC（&dc）；//創(chuàng)建兼容性DC MemBitmap.CreateCompatibleBitmap（&dc，rect.Width（），rect.Height（））；//建立一個(gè)與屏幕顯示兼容的位圖，將位圖選入臨時(shí)內(nèi)存設(shè)備環(huán)境

4.3 數(shù)據(jù)

采集的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)保存在bin文件中，每個(gè)點(diǎn)分別由X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、筆畫計(jì)數(shù)組成，其中筆畫用來判斷兩點(diǎn)是否相連，采集數(shù)據(jù)部分點(diǎn)的存儲(chǔ)信息如圖1所示。

定義點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體：

typedef struct Po_s{ unsigned int x； 橫坐標(biāo)值 unsigned int y； 縱坐標(biāo)值 unsigned int down； 筆尖抬起與否的標(biāo)志}Po

4.4 其它參數(shù)說明

其它參數(shù)說明如表1所示。

4.5 繪圖過程

繪制過程分為畫筆連續(xù)和畫筆抬起兩種情況，分別做不同處理。畫筆抬起時(shí)，調(diào)用DrawCurve算法繪圖，連接靜態(tài)數(shù)組point中已存點(diǎn)，將掃描點(diǎn)存入靜態(tài)數(shù)組point[0]，同時(shí)將計(jì)數(shù)器n重置為1，間隔k置為1，最后清空靜態(tài)數(shù)組point。畫筆連續(xù)時(shí)，過程相對(duì)復(fù)雜，處理如下：

（1）掃描點(diǎn)間距小于閾值。①將該點(diǎn)刪除，暫時(shí)加入動(dòng)態(tài)數(shù)組pt，間隔k加1；②若該掃描點(diǎn)為最后一點(diǎn)，調(diào)用DrawCurve算法繪圖，連接靜態(tài)數(shù)組point中已存點(diǎn)，將計(jì)數(shù)器n重置為0；否則，退出。

（2）掃描點(diǎn)間距大于等于閾值。①若刪除點(diǎn)數(shù)量num超過或等于12個(gè)（經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)的最優(yōu)臨界值）：將動(dòng)態(tài)數(shù)組pt中的點(diǎn)取出，按算法求取估計(jì)點(diǎn)，加入靜態(tài)數(shù)組point； 將計(jì)數(shù)器n加1，num置為0，間隔k置為1。若計(jì)數(shù)器n等于5，繪圖，并將均值點(diǎn)存入point[0]，將計(jì)數(shù)器n置為1，否則退出；若刪除點(diǎn)數(shù)量num小于7個(gè)，直接退出；②將掃描點(diǎn)存入靜態(tài)數(shù)組point，計(jì)數(shù)器n加1，間隔k置為1，動(dòng)態(tài)數(shù)組pt清空；③若計(jì)數(shù)器n等于5，繪圖，將掃描點(diǎn)存入point[0]，計(jì)數(shù)器置為1，間隔k置為1，動(dòng)態(tài)數(shù)組pt清空；否則（計(jì)數(shù)器n<5），若該掃描點(diǎn)為最后一點(diǎn)，調(diào)用DrawCurve算法繪圖，連接靜態(tài)數(shù)組point中已存點(diǎn)，將計(jì)數(shù)器n重置為0；④否則，進(jìn)行下一次點(diǎn)的循環(huán)掃描。

5 測試

將實(shí)現(xiàn)的算法應(yīng)用于慢速繪圖，用幾種不同筆觸走向的圖形進(jìn)行測試，與未處理圖像比較，邊緣噪點(diǎn)去除效果顯著且不失真。曲線、直線、漢字的測試結(jié)果對(duì)比分別如圖2～圖4所示，可見優(yōu)化后的圖像比優(yōu)化前更加平滑。

6 結(jié)語

本文將一般離散點(diǎn)處理方式與實(shí)際問題相結(jié)合，針對(duì)實(shí)時(shí)生成的圖形，研究一種新型離散點(diǎn)的預(yù)處理方法，拓寬了直接曲線擬合方式的適用空間。在MFC中加以實(shí)現(xiàn)，并運(yùn)用到軟件開發(fā)中，對(duì)不同類型的筆畫進(jìn)行反復(fù)測試，達(dá)到了理想效果，筆畫連接更加正確、順暢。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）