計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課件第6講走樣與反走樣及字符處理

歡迎加入中南大學(xué)考試資料群：4327263202（1）階梯狀的圖形邊界

像素間距大實(shí)例線畫(huà)圖元填充圖元邊界4（2）圖形細(xì)節(jié)失真

顯示圖形的最小單位為像素

細(xì)長(zhǎng)的矩形顯示后成了加寬的矩形

更細(xì)的矩形將丟失5反走樣方法

反走樣(antialiasing)

在圖形顯示過(guò)程中，用于減少或消除走樣（混淆）現(xiàn)象的方法

方法

提高分辨率方法

非加權(quán)區(qū)域采樣

加權(quán)區(qū)域采樣7（1）提高分辨率的反走樣方法

方法簡(jiǎn)單，但代價(jià)非常大顯示器的水平、豎直分辯率各提高一倍，則顯示器的點(diǎn)距減少一倍，幀緩存容量則增加到原來(lái)的4倍，而掃描轉(zhuǎn)換同樣大小的圖元卻要花4倍時(shí)間8（2）非加權(quán)區(qū)域采樣方法

掃描轉(zhuǎn)換線段的兩點(diǎn)假設(shè)

像素是數(shù)學(xué)上抽象的點(diǎn)，它的面積為0，它的亮度由覆蓋該點(diǎn)的圖形的亮度所決定

直線段是數(shù)學(xué)上抽象直線段，它的寬度為0

現(xiàn)實(shí)

像素的面積不為0；

直線段的寬度至少為1個(gè)像素；

假設(shè)與現(xiàn)實(shí)的矛盾是導(dǎo)致走樣出現(xiàn)的原因之一9

解決方法：改變直線段模型，線上像素灰度不等

方法步驟1、將直線段看作具有一定寬度的狹長(zhǎng)矩形；2、當(dāng)直線段與某像素有交時(shí)，求出兩者相交區(qū)域的面積；3、根據(jù)相交區(qū)域的面積，確定該像素的亮度值10

方法性質(zhì)

直線段對(duì)一個(gè)像素亮度的貢獻(xiàn)與兩者相交區(qū)域的面積成正比

當(dāng)直線段和某個(gè)像素不相交時(shí)，它對(duì)該像素的亮度無(wú)影響

相同面積的相交區(qū)域?qū)ο袼氐牧炼蓉暙I(xiàn)相同，而與這個(gè)相交區(qū)域落在像素內(nèi)的位置無(wú)關(guān)關(guān)鍵：如何計(jì)算相交面積？11

計(jì)算相交區(qū)域的面積像素實(shí)際大小假設(shè)線段斜率為kD/kDDDkD(a)面積=D2/2k(b)面積=D–k/2(c)面積=1-(1-D)2/k像素實(shí)際顯示的灰度值=所得面積*該像素的最大灰度值12

求相交區(qū)域的近似面積的離散計(jì)算方法

將屏幕像素分割成n個(gè)更小的子像素；

計(jì)算中心點(diǎn)落在直線段內(nèi)的子像素的個(gè)數(shù)，記為m，

m/n為線段與像素相交區(qū)域面積的近似值

例目的：簡(jiǎn)化計(jì)算n=16,m=3近似面積=3/1613

存在的不足

像素的顏色或灰度值與相交（覆蓋）區(qū)域的面積成正比，而與相交區(qū)域落在像素內(nèi)的位置無(wú)關(guān)，仍會(huì)導(dǎo)致鋸齒效應(yīng)

沿理想直線方向的相鄰兩個(gè)像素的顏色或灰度值會(huì)有較大差異14

權(quán)性

Aw(x,y)dA1

位于(x,y)處的微面積元dA對(duì)像素的亮度的貢獻(xiàn)為w(x,y)dA

相交區(qū)域A對(duì)該像素的亮度貢獻(xiàn)

AwxydA(,)16

實(shí)現(xiàn)步驟1．2．3．上面所得到的值介于0、1之間，用它乘像素的最大灰度值，即設(shè)該像素的顯示灰度。求直線段與像素的相交區(qū)域A計(jì)算的值

AwxydA(,)

問(wèn)題：計(jì)算量大

特例：時(shí)，加權(quán)區(qū)域采樣方法退化為非加權(quán)區(qū)域采樣方法

Aw(x,y)dAA的面積17

離散計(jì)算方法1．將屏幕像素均勻分割成m個(gè)子像素Aiim1，則每個(gè)子像素的面積為dA1

Aim計(jì)算每個(gè)子像素對(duì)原像素亮度的貢獻(xiàn)m，記為wi

w(x,y)dA將wii1保存在一張加權(quán)表中2．3．計(jì)算所有這些子像素對(duì)原像素亮度貢獻(xiàn)之和

iwi。Ai求出所有中心落于直線段內(nèi)的子像素，記為Ai:i,為1，2，,m的子集該值乘以像素的最大灰度值即為像素的顯示灰度值18

w(x,y)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)函數(shù)，對(duì)應(yīng)的wiim1也是經(jīng)驗(yàn)值

w(x,y)可以用加權(quán)表M表示，取法有www1231211www456242www789121

M＝3×316

M＝5×5w1w2w3w4w512412wwwww25652

6789101w11w12w13w14w154686488w16w17w18w19w2025652w21w22w23w24w251242119

例加權(quán)表www123121www1242

45616www7891211個(gè)像素分解成3×3個(gè)子像素{A00,A01,A10}加權(quán)區(qū)域采樣：

wi(122)/165/16i非加權(quán)區(qū)域采樣：s=3/920字符

字符指數(shù)字、字母、漢字等符號(hào)。

計(jì)算機(jī)中字符由一個(gè)數(shù)字編碼唯一標(biāo)識(shí)。

國(guó)際上最流行的字符集：“美國(guó)信息交換用標(biāo)準(zhǔn)代碼集”，簡(jiǎn)稱ASCII碼。它是用7位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼表示128個(gè)字符；包括字母、標(biāo)點(diǎn)、運(yùn)算符以及一些特殊符號(hào)。21

漢字編碼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)字符集：“中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)信息交換編碼”GB2312－80。該字符集共收集字符7445個(gè)，其中國(guó)標(biāo)一級(jí)漢字3755個(gè)，國(guó)標(biāo)二級(jí)漢字3008個(gè)，其余符號(hào)682個(gè)，每個(gè)字符由一個(gè)區(qū)碼和一個(gè)位碼共同標(biāo)示。

為了能夠區(qū)分ASCII碼與漢字編碼，采用字節(jié)的最高位來(lái)標(biāo)識(shí)：最高位為0表示ASCII碼；最高位為1表示表示漢字編碼。22字庫(kù)

為了在顯示器等輸出設(shè)備上輸出字符，系統(tǒng)中必須裝備有相應(yīng)的字庫(kù)

字庫(kù)中存儲(chǔ)了每個(gè)字符的形狀信息

字庫(kù)分為矢量型和點(diǎn)陣型兩種，相應(yīng)存儲(chǔ)著矢量字符和點(diǎn)陣字符23點(diǎn)陣字符

字符利用掩膜來(lái)定義，并將其寫(xiě)入幀緩沖器保存和顯示。字符掩膜是包含表示該字符的像素圖案的一小塊光柵點(diǎn)陣。該點(diǎn)陣中的某位為1表示字符的筆畫(huà)經(jīng)過(guò)此位，對(duì)應(yīng)于此位的象素應(yīng)置為字符顏色。某位為0表示字符的筆畫(huà)不經(jīng)過(guò)此位，對(duì)應(yīng)于此位的像素應(yīng)置為背景顏色。1000001011111110111111101001001010010010111111100110110000000000字符B的像素顯示字符B的掩膜24

在實(shí)際應(yīng)用中，有多種字體（如宋體、楷體等），每種字體又有多種大小型號(hào)，因此字庫(kù)的存儲(chǔ)空間是很龐大的。解決這個(gè)問(wèn)題一般采用壓縮技術(shù)

點(diǎn)陣字符的顯示分為兩步

首先從字庫(kù)中將它的位圖檢索出來(lái)

然后將檢索到的位圖寫(xiě)到幀緩沖器中

當(dāng)字符寫(xiě)入幀緩沖器后，還可以對(duì)字符掩膜進(jìn)行修改，以獲得不同字體或方向25矢量字符

記錄字符的筆畫(huà)信息，而不是整個(gè)位圖，具有存儲(chǔ)空間小，美觀、變換方便等優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于字符的旋轉(zhuǎn)、縮放等變換

點(diǎn)陣字符的變換需要對(duì)表示字符位圖中的每一像素進(jìn)行