扫描线算法详解：多边形扫描转换与高效区域填充

"本文主要介绍了扫描线填充算法及其在多边形扫描转换和区域填充中的应用，强调了从顶点表示到点阵表示的过程。扫描线填充算法是一种提高区域填充效率的方法，通过初始化、出栈、填充和确定新种子点四个步骤实现。此外，文章还讨论了多边形的两种表示方法——顶点表示和点阵表示，并区分了凸多边形、凹多边形和含内环的多边形。区域填充是根据区域内一点的颜色扩展至整个区域的过程，其中逐点判断填充算法是最基础的方法之一。" 在计算机图形学中，扫描线填充算法是一种高效的区域填充技术，尤其适用于多边形的光栅化。算法主要包括四个步骤：首先，将起始点（种子点）压入堆栈；接着，当堆栈不为空时，取出顶部元素作为当前扫描线；然后，从种子点开始沿扫描线向左右填充，标记区段的左右端点；最后，在区段内寻找与当前扫描线相邻的非边界且未填充的像素，将它们作为新的种子点压回堆栈，重复此过程直至堆栈为空。这种方法只对每个区段压栈一次，从而提高了效率。 多边形的表示有两种方式：顶点表示和点阵表示。顶点表示通过多边形的顶点序列来定义，适合进行几何变换，但无法直接用于面着色。点阵表示则直接用像素集合表示多边形，虽然失去了部分几何信息，但更适合光栅显示系统。扫描转换就是将多边形的顶点表示转换为点阵表示，以便在屏幕上显示。 区域填充是图形处理中的重要操作，可以将特定颜色扩展至整个区域。这里提到的逐点判断填充算法是最简单的填充方法，它遍历绘图窗口内的每个像素，判断其是否在区域内，若是则进行填充。区域可以是单域或复合域，填充操作可能涉及复杂性更高的算法，如扫描线算法、八连通或四连通规则等。 多边形的分类包括凸多边形、凹多边形和含内环的多边形。凸多边形的任何两点连线都在多边形内部，而凹多边形则存在连线部分不在内部的情况。含内环的多边形则有内部闭合区域。理解和正确处理这些不同类型的多边形对于图形绘制和填充至关重要。 扫描线填充算法在多边形的扫描转换和区域填充中起到关键作用，有效地解决了离散像素集上表示连续二维图形的问题，为计算机图形学提供了实用的技术手段。