反走樣技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)說(shuō)明書(shū)論文.doc

杭州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文反走樣技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)1反走樣技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)說(shuō)明書(shū)論文目錄摘要iAbstracti第一章引言11.1研究背景11.2編程實(shí)驗(yàn)環(huán)境2第二章反走樣概述52.1過(guò)取樣技術(shù)52.2區(qū)域取樣72.3WU像素反走樣122.4點(diǎn)取樣142.5象素移相14第三章反走樣算法的改進(jìn)153.1多段直線反走樣算法153.2圓反走樣算法183.3位圖反走樣19第四章總結(jié)與展望234.1總結(jié)234.2進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)想23杭州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文反走樣技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)2參考文獻(xiàn)25第一章引言1.1研究背景光柵圖形顯示器是目前使用最廣泛的圖形顯示器，因?yàn)樗哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：光柵掃描顯示器具有固定的刷新順序，掃描從屏幕的左上角開(kāi)始，從左到右，從上到下的順序進(jìn)行刷新，從而刷新控制部件得以簡(jiǎn)化，節(jié)約了成本。在光柵顯示系統(tǒng)中，構(gòu)成圖形的最小圖形元素是像素，這樣只要計(jì)算屏幕上位于給定區(qū)域以內(nèi)的所有像素，并且賦予一定的顏色，就完成了圖形的繪制。光柵顯示器中的圖形由像素構(gòu)成，而每一個(gè)像素又可呈現(xiàn)出多級(jí)灰度或不同的顏色值，顏色豐富，顯示出來(lái)的圖形具有更好的視覺(jué)效果。光柵掃描顯示器是一個(gè)畫(huà)點(diǎn)設(shè)備，與圖形的復(fù)雜度無(wú)關(guān)，刷新頻率固定，因此不會(huì)象隨機(jī)掃描顯示器那樣出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，人眼看上去更舒服。但光柵顯示器也有它的缺陷，圖形信號(hào)是連續(xù)的，而光柵顯示系統(tǒng)中用來(lái)表示圖形的卻是一個(gè)個(gè)離散的像素。用離散的像素來(lái)表示連續(xù)的圖形時(shí)會(huì)出現(xiàn)失真，也就稱為走樣，如圖1.1所示。圖1.1鋸齒狀邊界光柵顯示系統(tǒng)為何會(huì)出現(xiàn)走樣呢？光柵圖形顯示器是一個(gè)畫(huà)點(diǎn)設(shè)備，被顯示的線段、字符、圖形及背景色都按像素點(diǎn)一一存儲(chǔ)在幀緩沖存儲(chǔ)器中。當(dāng)我們要畫(huà)一條直線時(shí)，它通常不可能完全精確地從一個(gè)可編址的像素點(diǎn)畫(huà)一條直線到另一個(gè)可編址的像素點(diǎn)，只可能用盡可能靠近這條直線路徑的像素點(diǎn)集來(lái)近似地表示這條直線。顯然只有畫(huà)水平線、垂直線時(shí)，像素點(diǎn)集在直線路徑上的位置才是準(zhǔn)確的，其他情況下的直線均或多或少地存在階梯狀（鋸齒狀）的現(xiàn)象。光柵圖形的走樣現(xiàn)象除了上述鋸齒狀邊界外，還有圖形細(xì)節(jié)失真，狹小圖形遺失等現(xiàn)象。杭州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文反走樣技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)3圖1.2圖形細(xì)節(jié)失真在光柵顯示器上顯示如圖1.2(a)所示的細(xì)長(zhǎng)矩形時(shí)，出現(xiàn)了圖形細(xì)節(jié)失真，其結(jié)果如圖1.2(b)所示，原細(xì)長(zhǎng)的矩形被顯示成了加寬的矩形。圖1.3狹小圖形的遺失由于光柵系統(tǒng)中表示圖形的最小單位是一個(gè)像素，圖形中那些比像素更窄的細(xì)節(jié)丟失了，這就出現(xiàn)了圖形細(xì)節(jié)失真現(xiàn)象。在圖1.3中，一些狹小的圖形分布在兩條掃描線之間，由于它不覆蓋任何一個(gè)像素中心，故不會(huì)被顯示出來(lái)。當(dāng)這些狹小的圖形進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，覆蓋像素中心時(shí)被顯示出來(lái)，不覆蓋像素中心時(shí)不被顯示出來(lái)。這樣在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生閃爍。為了提高圖形的顯示質(zhì)量，需要減少或消除上述走樣現(xiàn)象。用于減少或消除這種走樣現(xiàn)象的技術(shù)，稱為反走樣（Antialiasing）。研究如何消除或減緩這類走樣現(xiàn)象，給人視覺(jué)上產(chǎn)生更舒適光滑的圖形，在圖形界面已成為人機(jī)交互主流方式的今天，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。反走樣技術(shù)能提高圖形的顯示質(zhì)量，因此在很多畫(huà)圖軟件中也采用了這種技術(shù)。優(yōu)軟電腦有限公司設(shè)計(jì)推出的新一代繪畫(huà)程序-優(yōu)軟精靈畫(huà)筆2.0，在原有的各種繪畫(huà)功能上，添加了一系列全新設(shè)計(jì)的繪畫(huà)工具；可以打開(kāi)外來(lái)JPG，TAG，TIFF，GIF，BMP文件；更新三維立體窗口系統(tǒng)；對(duì)壓力感應(yīng)筆高效率支持，速度和流暢度達(dá)到專業(yè)軟件水準(zhǔn)，讓用戶的體會(huì)更加細(xì)膩逼真。它的精妙之處在于具有細(xì)筆尖反走樣功能，所以使細(xì)筆畫(huà)更細(xì)致更漂亮。反走樣技術(shù)不僅能提高圖形顯示質(zhì)量,而且在反走樣漢字方面也有很好的效果。由于漢字的筆畫(huà)很多,而且大多數(shù)非水平非垂直,也會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的走樣現(xiàn)象。圖1.4中第1個(gè)字為追蹤出的輪廓,第2個(gè)為顯示的原始矢量字符。第3個(gè)為反走樣處理后的矢量字符。杭州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文反走樣技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)4圖1.4矢量字體輪廓的反走樣由此可見(jiàn)，反走樣技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中有十分重要的意義。另外,在處理紋理圖形,以及在動(dòng)畫(huà)中閃爍的細(xì)小物體圖形等問(wèn)題中反走樣技術(shù)都得到了廣泛運(yùn)用。1.2編程實(shí)驗(yàn)環(huán)境本文采用的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的是C+Builder6。C+Builder由著名的Borland公司開(kāi)發(fā)，是Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大的可視化C+開(kāi)發(fā)環(huán)境，它全面實(shí)現(xiàn)了ANSIC+標(biāo)準(zhǔn)，并提供了自己的擴(kuò)展，并且兼容PC計(jì)算機(jī)上的兩種最常用的C+編譯器，即BorlandC+和VisualC+。BorlandC+和VisualC+的程序幾乎不用做任何修改，就可以在C+Builder下編譯、運(yùn)行。下面主要介紹在論文中使用最頻繁的、與圖形圖象處理密切相關(guān)的組件及其屬性和方法。1.2.1TColor在計(jì)算機(jī)圖形處理軟件中，通常顏色是根據(jù)紅、綠、藍(lán)三種顏色的飽和度來(lái)定義的，這種模型稱為RGB模型。任何顏色都是紅、綠、藍(lán)三種基本色的不同組合組成，因此每種顏色都可以用紅、綠、藍(lán)基本色來(lái)表示。Red、Green、Blue用來(lái)表示基本色構(gòu)成的三個(gè)分量，他們的取值為0-255，最小值表示沒(méi)有顏色，最大值255表示最高的飽和度。TColor類型用于定義一個(gè)對(duì)象的顏色，很多組件的顏色屬性就是TColor類型。同時(shí)C+Builder定義了一些常用的顏色常量，可在程序中直接使用。比如clRed，clGreen等。1.2.2TCanvas在C+Builder中提供了一個(gè)TCanvas對(duì)象，它封裝了Windows應(yīng)用程序在圖形輸出方面所需要的大多數(shù)GDI對(duì)象和繪圖命令。在這個(gè)區(qū)域上，程序可實(shí)現(xiàn)各種繪圖功能，很多圖形組件（如TImage、TPaintBox）的畫(huà)布（Canvas）屬性都是一個(gè)TCanvas對(duì)象。TCanvas的屬性和方法很多，最常用的有：TCanvas的屬性(1)Pixels屬性Canvas的Pixels屬性可以用來(lái)去頂像素的顏色?？梢岳肞ixels屬性來(lái)獲得某一點(diǎn)的顏色值，也可以通過(guò)它來(lái)設(shè)置某一點(diǎn)的顏色值，這個(gè)屬性在反走樣算法中起了相當(dāng)重要的作用。如要獲得坐標(biāo)（20，20）的顏色值，可以使用下面的代碼：TColorColor；Color=Canvas-Pixels2020；如果要將坐標(biāo)點(diǎn)（10，20）的顏色設(shè)置為紅色，可以使用如下代碼：Canvas-Pixels1020=clRed；(2)畫(huà)筆屬性TCanvas的畫(huà)筆