[發明專利]一種基于非加權區域采樣的反走樣直線繪制方法

無效

• 申請號: 201210123982.4
• 申請日: 2012-04-25
• 公開（公告）號: CN102682456A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 毛峽;劉運龍;薛雨麗;陳立江;鄭海超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T11/20
• 分類號: G06T11/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及一種繪制反走樣直線的新方法，屬于計算機圖形學反走樣技術領域。

(二)背景技術

隨著計算機圖形技術的飛速發展，可以說當前計算機顯示功能方面的應用都不同程度地涉及到圖形技術，因此計算機圖形繪制方法的研究也顯得越來越重要。

直線作為組成圖形的基本元素之一，其繪制方法是計算機圖形學研究最多的一個基礎內容。計算機圖形學中的直線生成算法通常是指通過在光柵顯示屏上尋找一系列距離直線最近的離散像素點來表示直線的方法。目前，應用最廣泛的光柵圖形顯示屏由一系列離散的像素組成，從而用計算機生成的直線最終都得以離散的像素來顯示。因此，繪制非水平和非垂直的直線將會不可避免地出現鋸齒現象，這種因為用離散量表示連續量而產生的失真，就稱為走樣(aliasing)。而用于消除或減小走樣現象的技術則稱為反走樣(antialiasing)。

直線繪制功能的基礎性和廣泛應用性使針對直線反走樣技術領域的研究一直是計算機圖形學的研究熱點之一。

現階段，直線反走樣技術主要有三種方法：提高分辨率、非加權區域采樣和加權區域采樣。

提高分辨率通過增加顯示屏上的像素點減輕鋸齒現象、增強直線的顯示效果，但是該方法是以成倍的存儲器容量和掃描轉換時間作為代價取得良好效果的，因此將會大大增加儀器的成本，并且此方法只能減輕，而不能消除鋸齒問題。

非加權與加權區域采樣均能有效地減輕并在一定程度上消除鋸齒現象，這兩種方法從取樣理論的角度看，相當于使用一定形狀的濾波器，進行前置濾波后再取樣，因此兩種方法繪制的直線相比于在相同分辨率下直接進行點取樣繪制的直線看起來效果要好很多。

在反走樣技術領域使用的各種算法中，基于區域采樣原理的Wu直線反走樣算法是反走樣技術領域較早使用的方法之一，該方法雖能取得較好的顯示效果，但是算法本身需要做除法、取整等實數運算，用FPGA難以實現。而這一現象也是目前眾多算法的缺點所在，本發明通過分析單像素寬度直線的特性并結合Bresenham畫線算法提出一種簡單的基于非加權區域采樣的反走樣直線繪制算法，適用于對顯示質量要求較高的領域。

(三)發明內容

本發明的目的在于提出一種在FPGA平臺上容易實現的基于非加權區域采樣的反走樣直線繪制方法，適用于對顯示平滑度要求較高的儀器儀表等領域。

本發明的技術方案是對所要繪制的直線經過光柵顯示屏的每一列顯示像元均采取以下操作：首先，通過繪制直線的Bresenham算法確定當前列距離理想直線最近的三個顯示像元，其中距離直線最近的顯示像元必有灰度值，另外兩個顯示像元可能有灰度值，而當前列其余顯示像元則沒有灰度值；然后，將這三個顯示像元中的每一個都均分為數量等同于光柵顯示屏灰度級數的子像元；接著，確定矩形區域在當前列的覆蓋范圍；最后，分別統計三個顯示像元被矩形區域覆蓋的子像元的數量，根據統計所得結果確定當前列顯示像元的灰度值。

以下對本發明的技術方案作進一步說明。

本發明提出了一種基于非加權區域采樣的反走樣直線繪制方法，可用于對顯示平滑度要求比較高的儀器儀表等領域；其特征在于對所要繪制的直線(這里只討論斜率在0～1之間的情況，對于其它情況可通過將X軸與Y軸互換處理)在光柵圖形顯示屏上經過的每一列顯示像元均進行如下步驟的操作：

步驟一：確定當前列與所要繪制的理想直線距離最近的三個顯示像元；

步驟二：對步驟一獲取的三個顯示像元進行均勻分割，得到若干個子像元；

步驟三：確定代表直線的具有一個單位像元寬度的矩形在當前列的覆蓋范圍；

步驟四：分別統計步驟一獲取的三個顯示像元被矩形所覆蓋的子像元的數量；

步驟五：確定步驟一獲取的三個顯示像元的灰度值。

在步驟一中，利用經典Bresenham畫線算法確定當前列距離所要繪制的理想直線最近的顯示像元(設坐標為(x，y))，由于代表所繪制直線的矩形的寬度為單位顯示像元，因此該列中可能有灰度值的另外兩個顯示像元的坐標分別為(x，y+1)和(x，y-1)。

步驟二，對步驟一中獲取的三個顯示像元進行分割，每個顯示像元均勻分割成數量等同于顯示屏灰度級數的子像元，例如，對于64個灰度級的顯示屏，則將三個顯示像元均分為8×8個面積相等的正方形子像元。