Лаба 4, 2013

  1
  2
  3
  4
  5
  6
  7
  8
  9
 10
 11
 12
 13
 14
 15
 16
 17
 18
 19
 20
 21
 22
 23
 24
 25
 26
 27
 28
 29
 30
 31
 32
 33
 34
 35
 36
 37
 38
 39
 40
 41
 42
 43
 44
 45
 46
 47
 48
 49
 50
 51
 52
 53
 54
 55
 56
 57
 58
 59
 60
 61
 62
 63
 64
 65
 66
 67
 68
 69
 70
 71
 72
 73
 74
 75
 76
 77
 78
 79
 80
 81
 82
 83
 84
 85
 86
 87
 88
 89
 90
 91
 92
 93
 94
 95
 96
 97
 98
 99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
// try4.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
#include <windows.h>
#include <gl/GL.h>
#include <gl/GLU.h>
#include <gl/glut.h>
#include <math.h>
//#include <vld.h>
class UserPolygon;
class Framebuffer;
// Описание псевдо-глобальных переменных
class Scene {
public:
UserPolygon *polyg;
Framebuffer *buff;
int screen_height, screen_width;
bool smooth;
~Scene();
void initialization();
};
Scene sc;
// Структра для задания цвета пикселя
//#pragma pack(push, 1)
struct color {
unsigned char r, g, b;
};
bool operator==(const color left, const color right) {
return left.r == right.r && left.g == right.g && left.b == right.b;
}
const color operator+(const color &left, const color &right) {
int c[3] = { left.r + right.r, left.g + right.g, left.b + right.b };
for (int i = 0; i < 3; i++) {
if (c[i] > 255) c[i] = 255;
}
color sum = { c[0], c[1], c[2] };
return sum;
}
const color operator-(const color &left, const color &right) {
int c[3] = { left.r - right.r, left.g - right.g, left.b - right.b };
for (int i = 0; i < 3; i++) {
if (c[i] < 0) c[i] = 0;
}
color sum = { c[0], c[1], c[2] };
return sum;
}
color create_color(int r, int g, int b) {
if (r > 255) r = 255; if (r < 0) r = 0;
if (g > 255) g = 255; if (g < 0) g = 0;
if (b > 255) b = 255; if (b < 0) b = 0;
color c = {r, g, b};
return c;
}
color alpha(color c1, color c2, double p) {
if (p < 0) p = 0;
if (p > 1) p = 1;
//unsigned char s = ceil((1-p)*255);
//color sub = { s, s, s };
//if (!colf) {
// printf("color r: %d, g: %d, b: %d\n", c.r, c.g, c.b);
/// printf("percent p: %f\n", p);
// printf("part p*g: %d\n", (char)ceil(p*c.g));
//}
//colf = true;
color c1_p = { ceil(p*c1.r), ceil(p*c1.g), ceil(p*c1.b) };
color c2_p = { ceil((1-p)*c2.r), ceil((1-p)*c2.g), ceil((1-p)*c2.b) };
return c1_p + c2_p;
}
//#pragma pack(pop)
// Описание часто используемых констант
const color COLOR_WHITE = {255, 255, 255};
const color COLOR_BLACK = {0, 0, 0};
const color COLOR_GREEN = {0, 200, 0};
const color COLOR_RED = {200, 0, 0};
const color COLOR_LIGHT_GREEN = {100, 255, 100};
const color NO_COLOR = { 1, 1, 1 };
// Структура точки в двухмерном пространстве
struct point {
int x, y;
};
// Класс промежуточного буфера цвета
class Framebuffer {
private:
color *C; // Массив цветов
int w, h; // Высота и ширина буфера
color clear_color; // Цвет, которым заполняется буфер при очистке
color current_color; // Цвет, которым рисуются примитивы
public:
Framebuffer(int w, int h); // Прототип конструктора класса
virtual ~Framebuffer(); // Прототип деструктора класса
void increase(int w, int h); // Увеличивает рамеры буфера
void set_clear_color(color); // Задает цвет, которым заполняется буфер при очистке
void clear(); // Очищение буфера
void set_color(color); // Задает цвет, которым рисуются примитивы
void set_pixel(int x, int y, color c); // Задает пикселю (x,y) цвет c
color get_pixel(int x, int y); // Возвращает цвет пикселя (x,y)
void toogle_pixel(int x, int y, color on, color off); // Если цвет пикселя (x,y) не равен on, ставит on, инече - off
void draw_line(int x1, int y1, int x2, int y2); // Рисует отрезок, используя целочисленный алгоритм Брезенхема
void draw_line_old(int x1, int y1, int x2, int y2); // Рисует отрезок, используя целочисленный алгоритм Брезенхема
void draw_line_smooth(int x1, int y1, int x2, int y2); // Алгоритм Брезенхема с устранением ступенчатости
void draw_line_smooth_old(int x1, int y1, int x2, int y2); // Алгоритм Брезенхема с устранением ступенчатости
void draw_polygon(point *C, int n); // Рисует многоугольник, закрашивая его по алгоритму со списком ребер и флагом
void draw_loop_line(point *C, int n, bool smooth); // Рисует замкнутую ломаную
void draw(); // Отображает на эране
};
Framebuffer::Framebuffer(int w, int h) {
this->w = w;
this->h = h;
C = new color[w*h];
}
Framebuffer::~Framebuffer() {
delete [] C;
}
void Framebuffer::increase(int new_w, int new_h) {
if (new_w <= w) new_w = w;
if (new_h <= h) new_h = h;
if (new_w == w && new_h == h) return;
color *new_C = new color[new_w*new_h];
for (int i = 0; i < new_w*new_h; i++) {
new_C[i] = clear_color;
}
for (int i = 0; i < w; i++) {
for (int j = 0; j < h; j++) {
new_C[i + j*new_w] = C[i + j*w];
}
}
delete [] C;
w = new_w;
h = new_h;
C = new_C;
}
void Framebuffer::set_clear_color(color c) {
clear_color = c;
}
void Framebuffer::clear() {
for (int i = 0; i < w*h; i++) {
C[i] = clear_color;
}
}
void Framebuffer::set_color(color c) {
current_color = c;
}
void Framebuffer::set_pixel(int x, int y, color c) {
if (x < 0 || x >= w || y < 0 || y >= h) return;
C[x + y*w] = c;
}
color Framebuffer::get_pixel(int x, int y) {
if (x < 0 || x >= w || y < 0 || y >= h) return NO_COLOR;
return C[x + y*w];
}
void Framebuffer::draw_line(int x1, int y1, int x2, int y2) {
color c = current_color;
int dx = abs(x2 - x1);
int dy = abs(y2 - y1);
int dmax, dmin;
if (dx > dy) {
dmax = dx; dmin = dy;
} else {
dmax = dy; dmin = dx;
}
int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
int e = 0;
set_pixel(x2, y2, c);
while (x1 != x2 || y1 != y2) {
set_pixel(x1, y1, c);
e += dmin;
if (2*e > dmax) {
if (dx > dy) y1 += sy;
else x1 += sx;
e -= dmax;
}
if (dx > dy) x1 += sx;
else y1 += sy;
}
}
void Framebuffer::draw_line_smooth(int x1, int y1, int x2, int y2) {
color c = current_color;
int dx = abs(x2 - x1);
int dy = abs(y2 - y1);
int dmax, dmin;
if (dx > dy) {
dmax = dx; dmin = dy;
} else {
dmax = dy; dmin = dx;
}
int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
int e = 0;
set_pixel(x2, y2, alpha(c, clear_color, 0.5));
double brightness = 0.5;
while (x1 != x2 || y1 != y2) {
set_pixel(x1, y1, alpha(c, clear_color, brightness));
e += dmin;
if (2*e > dmax) {
if (dx > dy) y1 += sy;
else x1 += sx;
e -= dmax;
}
if (dx > dy) x1 += sx;
else y1 += sy;
if (dx < dy && sy == sx || dx > dy && sy != sx) brightness = -((double)e)/dmax+0.5;
else brightness = ((double)e)/dmax+0.5;
}
}
void Framebuffer::draw_line_old(int x1, int y1, int x2, int y2) {
draw_line_smooth(x1,y1,x2,y2); return;
color c = current_color;
int dx = abs(x2 - x1);
int dy = abs(y2 - y1);
int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
//
int er = dx - dy;
//
set_pixel(x2, y2, c);
while(x1 != x2 || y1 != y2) {
set_pixel(x1, y1, c);
const int er2 = er * 2;
//
if(er2 > -dy) {
er -= dy;
x1 += sx;
}
if(er2 < dx) {
er += dx;
y1 += sy;
}
}
}
void Framebuffer::draw_line_smooth_old(int x1, int y1, int x2, int y2) {
color c = current_color;
printf("draw_line_smooth {\n");
int dx = abs(x2 - x1);
int dy = abs(y2 - y1);
printf(" dx = %d\n dy = %d\n\n", dx, dy);
int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
//
int er = dx - dy;
//
set_pixel(x2, y2, c);
while(x1 != x2 || y1 != y2) {
const int er2 = er * 2;
int x_old = x1, y_old = y1;
//
if(er2 > -dy) {
er -= dy;
x1 += sx;
//set_pixel(x1, y1, create_color(5,5,5));
}
if(er2 < dx) {
er += dx;
y1 += sy;
}
// printf(" er = %d, alpha = %f\n", er, (-(double)er)/dx + 1.5);
set_pixel(x_old, y_old, alpha(c, clear_color, (-(double)er)/(2*dx) + 1.0));
}
printf("}\n");
/*int x = x1;
int y = y1;
int I = 255;
int dx = x2 - x1;
int dy = y2 - y1;
//if (!(x1 > x2 && y1 < y2 && dy < dx)) { return; }
int m = (I*dy)/dx;
int w = I - m;
int e = 1/2;
color c = current_color;
set_pixel(x, y, c);
while(x < x2) {
if (e < w) {
x = x + 1;
e = e + m;
} else {
x++;
y++;
e -= w;
}
c.g = 255-e; c.b = 255-e; c.r = 255-e;
set_pixel(x, y, c);
}*/
}
void Framebuffer::toogle_pixel(int x, int y, color on, color off) {
if (get_pixel(x, y) == on) {
set_pixel(x, y, off);
} else {
set_pixel(x, y, on);
}
}
void Framebuffer::draw_loop_line(point *C, int n, bool smooth) {
for (int i = 0; i < n; i++) {
int j = (i + 1)%n;
if (smooth) draw_line_smooth(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
else draw_line(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
}
}
void Framebuffer::draw_polygon(point *C, int n) {
// Первый этап: рисуем границу
clear();
color c = current_color;
for (int i = 0; i < n; i++) {
int k = (i + n - 1)%n; // k - индекс предыдущего ребра
int j = (i + 1)%n; // Собираемся провести ребро от C[i] до C[j]
int x1 = C[i].x, y1 = C[i].y;
int x2 = C[j].x, y2 = C[j].y;
// Определяем, является ли точка экстремумом
bool extremum = (y1 >= y2)^(C[k].y >= y1);
//if (extremum) printf("%d: extremum, C[k].y = %d\n", i, C[k].y); else printf("%d: not extremum, C[k].y = %d\n", i, C[k].y);
int dx = abs(x2 - x1);
int dy = abs(y2 - y1);
int sx = x1 < x2 ? 1 : -1;
int sy = y1 < y2 ? 1 : -1;
int er = dx - dy;
toogle_pixel(x2, y2, c, clear_color);
if (!extremum) toogle_pixel(x1, y1, c, clear_color); // Не зажигаем пиксель на экстремумах
while(x1 != x2 || y1 != y2) {
const int er2 = er * 2;
if(er2 > -dy) {
er -= dy;
x1 += sx;
}
if(er2 < dx) {
er += dx;
y1 += sy;
toogle_pixel(x1, y1, c, clear_color); // Ставим пиксель только при переходе через горизонталь
}
}
}
// Второй этап: построчное сканирование
bool flag = false;
for (int j = 0; j < h; j++) {
flag = false;
for (int i = 0; i < w; i++) {
if (get_pixel(i, j) == current_color) {
flag = !flag;
} else {
if (flag) set_pixel(i, j, current_color);
}
}
}
// Третий этап: дополняем границей
//draw_loop_line(C, n, false);
}
void Framebuffer::draw() {
glDrawPixels(w, h, GL_RGB, GL_UNSIGNED_BYTE, C);
glFlush();
}
class UserPolygon {
private:
int n; // Количество вершин
int capacity; // Вместимость стека вершин
point *C; // Массив точек, реализующий стек вершин
bool ready; // Показывает, закончено ли формирование многоугольника
public:
int max_x, max_y, min_x, min_y; // Координаты границ многоугольника
UserPolygon(point first_point) {
n = 1;
capacity = 10;
C = new point[capacity];
C[0] = first_point;
max_x = min_x = first_point.x;
max_y = min_y = first_point.y;
ready = false;
}
virtual ~UserPolygon();
bool is_ready() { return ready; }
int get_n() { return n; }
void increase() {
int new_capacity = capacity * 2;
point *new_C = new point[new_capacity];
for (int i = 0; i < capacity; i++) {
new_C[i] = C[i];
}
delete [] C;
C = new_C;
capacity = new_capacity;
}
int add_vertex(point p) {
if (ready) return -1;
if (p.x == C[n-1].x && p.y == C[n-1].y) return -1; // Нельзя добавить две одинак. вершины подряд
// Проверяем, близко ли точка к началу кривой
int dx = (p.x - C[0].x);
int dy = (p.y - C[0].y);
int r = 10;
if (dx*dx + dy*dy < r*r) { // и, если близко, то замыкаем
complete();
return n+1;
}
C[n] = p;
n++;
if (p.x > max_x) max_x = p.x;
if (p.x < min_x) min_x = p.x;
if (p.y > max_y) max_y = p.y;
if (p.y < min_y) min_y = p.y;
if (n >= capacity) increase();
printf("add(%d, %d)\n", p.x, p.y);
return n;
}
int remove_vertex() {
if (ready) return -1;
if (n < 1) return -1;
n--;
return n;
}
void reset() {
delete [] C;
capacity = 10;
n = 0;
C = new point[capacity];
ready = false;
}
int complete() {
if (ready) return -1;
if (n < 3) return -1;
ready = true;
point *new_C = new point[n];
for (int i = 0; i < n; i++) {
new_C[i] = C[i];
}
delete [] C;
C = new_C;
return n;
}
void draw() {
//glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
sc.buff->clear();
if (ready) {
sc.buff->draw_polygon(C, n);
}
for (int i = 1; i < n; i++) {
sc.buff->draw_line(C[i-1].x, C[i-1].y, C[i].x, C[i].y);
}
//if (ready) {
// sc.buff->draw_line(C[0].x, C[0].y, C[n-1].x, C[n-1].y);
//}
//glFlush();
}
void draw_smooth() {
for (int i = 0; i < n; i++) {
int j = (i + 1)%n;
sc.buff->draw_line_smooth(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
}
}
void draw_aliasing() {
for (int i = 0; i < n; i++) {
int j = (i + 1)%n;
sc.buff->draw_line(C[i].x, C[i].y, C[j].x, C[j].y);
}
}
};
UserPolygon::~UserPolygon() {
delete [] C;
}
void Scene::initialization() {
glClearColor(1.0,1.0,1.0,0.0);
glColor3f(0.0f, 0.0f, 0.0f);
glPointSize(4.0);
buff = new Framebuffer(screen_width, screen_height);
buff->set_clear_color( COLOR_BLACK );
buff->clear();
buff->set_color( COLOR_GREEN );
}
Scene::~Scene() {
delete polyg;
delete buff;
}
void display_handler()
{
sc.buff->draw();
}
void reshape_handler(int w, int h) {
w = w - w%3;
sc.screen_height = h;
sc.screen_width = w;
sc.buff->increase(w, h);
glutPostRedisplay();
}
void mouse_handler(int button, int state, int x, int y) {
if (x<0 || x >= sc.screen_width || y < 0 || y >= sc.screen_height) return;
if (button == GLUT_LEFT_BUTTON && state == GLUT_DOWN) {
point click_point = { x , sc.screen_height - y };
if (!sc.polyg) {
printf("\nnew polyg\n");
printf("add(%d, %d)\n", click_point.x, click_point.y);
sc.polyg = new UserPolygon(click_point);
}
else {
if (sc.polyg->is_ready()) return;
sc.polyg->add_vertex(click_point);
sc.polyg->draw();
}
}
glutPostRedisplay();
}
void motion_handler(int x, int y) {
if (x < 0) x = 0; if (x >= sc.screen_width) x = sc.screen_width - 1;
if (y < 0) y = 0; if (y >= sc.screen_height) y = sc.screen_height - 1;
//if (x<0 || x >= sc.screen_width || y < 0 || y >= sc.screen_height) return;
point click_point = { x , sc.screen_height - y - 1 };
if (!sc.polyg) {
printf("\nnew polyg\n");
printf("add(%d, %d)\n", click_point.x, click_point.y);
sc.polyg = new UserPolygon(click_point);
}
else {
if (sc.polyg->is_ready()) return;
sc.polyg->add_vertex(click_point);
sc.polyg->draw();
}
glutPostRedisplay();
}
void draw_sample() {
printf("sample");
mouse_handler(GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_DOWN, 480, sc.screen_height - 258);
mouse_handler(GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_DOWN, 352, sc.screen_height - 142);
mouse_handler(GLUT_LEFT_BUTTON, GLUT_DOWN, 370, sc.screen_height - 244);
}
void keyboard_handler(unsigned char key, int x, int y) {
if (!sc.polyg) return;
switch(key) {
case 8: // backspace key
printf("remove\n");
sc.polyg->remove_vertex();
sc.polyg->draw();
break;
case ' ': // space key
sc.polyg->complete();
sc.polyg->draw();
break;
case ' ': // tab key
printf("clear polygon\n");
delete sc.polyg;
sc.polyg = 0;
sc.buff->clear();
break;
case '1':
if (sc.polyg && sc.polyg->is_ready()) {
if (sc.smooth) sc.polyg->draw_smooth();
else sc.polyg->draw_aliasing();
sc.smooth = !sc.smooth;
}
break;
case '2':
draw_sample();
break;
}
glutPostRedisplay();
}
void main(int argc, char** argv)
{
sc.screen_width = 800;
sc.screen_height = 400;
sc.smooth = true;
printf("sizeof(color) = %d\n", sizeof(color));
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_SINGLE | GLUT_RGB);
glutInitWindowSize(sc.screen_width, sc.screen_height);
glutInitWindowPosition(100, 150);
glutCreateWindow("Rasterization");
glutMouseFunc(mouse_handler);
glutMotionFunc(motion_handler);
glutKeyboardFunc(keyboard_handler);
glutDisplayFunc(display_handler);
glutReshapeFunc(reshape_handler);
sc.initialization();
glutMainLoop();
}