New algorithm for two-dimensional line clipping

Line segment clipping is a basic element of the visualization process in a graphics system. So far there exist two approaches for development of algorithms for clipping a line segment with respect to a rectangular window. According to the first approach the line segment locations with respect to the window are described by a certain generalized model. As a result all line segments are clipped identically. The second approach is based on the observation that the great diversity of line segment locations could by systematized in several basic cases. For each one of them the clipping is performed in a preliminary defined way. The algorithm described in the papers uses the second approach. The basic cases of the line segment locations with respect to the window are selected so that the time consuming computations as division and multiplication are reduced to a minimum. An analytical comparison is made with the other algorithms using this approach that are theoretically and experimentally proved to be more efficient than those developed on base of the first approach.     

基于顶点编码的多边形窗口线裁剪高效算法

从多边形窗口线裁剪的本质特征出发，首次提出窗口顶点编码的新概念。以被裁剪直线为参照系，将多边形窗口划分为正区、负区和近零区三类区域，从而快速完成多边形窗口顶点编码。通过窗口顶点编码与传统的线段编码相结合，无须求交即可快速排除大部分窗外线段；进一步可以直接得到与直线相交的窗口边，加快了求交进程。更有意义的是，通过窗口顶点编码还可以准确判断并高效处理如下两类特殊相交情况：裁剪直线通过多边形的顶点、裁剪直线通过多边形的边。实验结果表明，新算法提高了裁剪效率并具有很好的稳定性。     

具有最少算术运算量的二维线裁剪算法

本文在分析现有二维线裁剪算法的基础上,提出了具最少算术运算量的算法.新算法充分利用了矩形裁剪窗口的凸性和窗口边界线平行于坐标轴的特性,沿两组平行的窗口边界线对线段进行裁剪.通过将被裁剪线段定义为有向线段、确定窗口边界的进出边,避免了不必要的求交计算.实际算例表明,这一算法比当前国际上最快的线裁剪算法省时约一年.     

一种改进的Sutherland-Cohen裁剪算法

Cohen-Sutherland裁剪算法因直线与窗口边界求交点次数多而降低算法效率。提出了一种改进Sutherland-Cohen裁剪算法,将完全在窗口内和窗口外的直线判断出来,根据直线端点编码确定辅助线,利用平面上三点的关系判断直线与窗口的哪条边相交。改进的算法使得求交点次数降为最多两次,且避免计算斜率与距离,大大提高算法的效率。算法思想简单,操作方便,有利于硬件实现,对图形学的应用具有重要的实用价值。     

基于交点和区域特征的线段裁剪算法

由Weiler-Atherton和Cohen-Sutherland算法思想,提出一种基于交点和区域特征的线段裁剪算法。算法将矩形窗口按水平方向和竖直方向各划分成三个区域,并从线段的有向性出发,根据起点和终点的不同给出-1、0和1的编码值,从而简化了“弃之”情况的判断。在求交中,为了避免直线段与裁剪边的多次求交,充分利用直线段“入点”和“出点”的唯一性和成对存在的性质,使得该算法具有较强的稳定性和较高的裁剪效率。     

一种圆形窗口裁剪的新方法

通过对直线段相对圆的各种位置关系和深入的研究，提出了一种简单而迅速的圆形窗口裁剪算法。该算法的基本思想是，首先利用圆心到直线段所在直线的距离及从圆心向直线段所引的垂直射线，判别直线段与圆的位置关系，在确定直线段与圆形窗口有交点的情况下，用旋转矢量法求出交点。     

二维线段裁剪的概率模型

相对于矩形窗口的二维线段裁剪是计算机图形学中的基本操作之一,已有多种裁剪算法.由于这些算法在不同情况下各具优劣,一般只能分不同情况比较算法的性能,无法比较算法的平均性能.本文首先分析了线段与窗口之间位置关系的概率分布,从而得到二维线段裁剪的概率模型.接着使用该模型计算出一些常用算法的平均运算次数,并对算法的平均性能进行比较.该模型也纠正了一些论文中关于线段与窗口之间位置关系的概率分布的错误观点.     

三维空间的Nicholls-Lee-Nicholl裁剪算法

探讨了将传统一般平面中Nicholls-Lee-Nicholl(NLN)裁剪算法推广到三维空间。通过在窗口周围建立更多的分区,避免了一般线段裁剪算法中为求出线段对窗口的端点须进行许多无谓的计算的缺点,性能上有所提高,并与三维空间中常用的编码裁剪法,Liang_Barsky算法和Cyrus-Beck算法进行了性能比较。     

A new approach to line and line segment clipping in homogeneous coordinates

The clipping operation is still the bottleneck of the graphics pipeline in spite of the latest developments in graphical hardware and a significant increase in performance. Algorithms for line and line segment clipping have been studied for a long time and many research papers have been published so far. This paper presents a new robust approach to line and line segment clipping using a rectangular window. A simple extension for the case of convex polygon clipping is presented as well. The presented approach does not require a division operation and uses homogeneous coordinates for input and output point representation. The proposed algorithms can take advantage of operations supported by vector–vector hardware. The main contribution of this paper is a new approach to intersection computations applied to line and line segment clipping. This approach leads to algorithms that are simpler, robust, and easy to implement.     

一种有效的圆形窗口线裁剪算法

根据线段两端点相对于圆形窗口的可能位置讨论裁剪结果。当两端点都在圆形窗口之外时,通过圆切线斜率与线段斜率的比较,及点区域判别来判断线段与窗口的相交情况。在确定线段与圆形窗口有交点的情况下,应用参数化形式求交运算,简化求交方程的构造。实验结果表明,新算法显著提高了裁剪效率。     

基于窗口与线段双重几何变换的线段裁剪新算法

鉴于裁剪算法中求交的时间复杂性和求交的技术必要性,如何尽快舍弃与窗口根本不相交的冗余线段成为提高裁剪效率的关键。鉴于传统编码技术取舍线段的高效性,引入一次编码技术;针对一次编码技术的局限性,文章首次提出窗口几何变换的概念,并引入二次编码技术,通过广义窗口高效舍弃冗余线段,尽量避免求交运算;后续流程引入线段几何变换技术实施裁剪,尽可能加快求交进程。窗口变换与线段变换集成的双重变换技术,将线段重新划分为六类,分别采取高效的处理策略,算法实现表明裁剪算法效率显著提高。该文算法具有一定的理论意义和普遍的应用意义。     

采用区域编码的椭圆对直线裁剪算法

裁剪算法的核心问题是速度问题,而求裁剪窗口和裁剪对象的交点是影响裁剪速度的主要因素。特别是椭圆对线段的裁剪,由于椭圆的方程是二次的,求椭圆与线段的交点 需要求解一元二次方程,涉及开方运算,非常浪费机器时间。为提高裁剪速度,设计出5位的区域编码,利用此技术能够迅速而准确地判断出椭圆和线段的位置关系。对于完全可见 或显然完全不可见的线段立即做出保留或弃掉的决定,避免求交运算;对于能够明确断定与椭圆相交的线段,采用中点分割算法求椭圆和线段的近似交点,避免求解一元二次方程 和开方运算;对于其他情形的线段通过求解一元二次方程来完成裁剪。基于前述思想设计出的椭圆对线段裁剪算法与现有的同类算法相比,算法实现简单,裁剪速度具有较大提高 。     

一种基于几何变换的高效的线裁剪新算法

线裁剪是计算机图形学的重要基础问题之一。在对现有的两种优秀算法作了分析之后提出一种利用简单几何变换，将裁剪问题简化为对两种基本情况的处理，并先后对被裁剪线段的首末端点作变换处理的新算法，有效地克服了上述两种方法中存在的调用函数多，基本情况处理复杂等弱点，理论分析和实例测试均表明，该算法优于当代国际最快的几种裁剪方法。     

凸多边形窗口线裁剪的折半查找算法

在Skala算法基础上,提出了一个更加快速的线裁剪算法．该算法将裁剪窗口分割成4条折线,依据折线的两个端点与被裁剪直线的位置关系,确定折线是否与直线相交;采用折半查找方法,快速确定与直线相交的窗口边界线,并求出交点位置．与Cyrus-Beck算法相比,该算法在乘除法次数和计算速度方面具有非常明显的优势,也比、Skala算法的效率更高。     

Bresenham's Line Generation Algorithm with Built-in Clipping

One of the most important operations in many graphical systems is the generation of a line segment. This process consists of two stages: clipping and drawing. These two stages are separated in current graphical applications. In this paper a new approach to line generation is proposed, which unifies these stages. The proposed algorithm is based on Bresenham's line generation algorithm to include necessary line clipping. The line clipping stage is an operation-reduced, integer arithmetic only algorithm. The notion of correctness of line clipping is introduced and correctness of the proposed algorithm is shown. Complete C-notation of the algorithm is included.     

基于二重编码和坐标变换圆形窗口对直线裁剪的算法

直线裁剪是几何造型中的重要内容。提出一种通过二重编码和坐标变换实现圆形窗口裁剪直线的算法。该算法首先通过二重编码快速舍弃大部分位于窗口外的直线段,然后通过坐标变换判断出剩余直线段与圆形窗口的相对位置,并求出其交点。应用实例表明,与其他算法相比,该算法简化了裁剪的逻辑判断过程,且将求交过程简化为加减法的运算,避免了求解二次方程,故大大提高了算法效率。     

改进的NLN直线裁剪算法

NLN（Nicholl-Lee-Nicholl）裁剪算法的主要思想是通过在裁剪窗口周围划分多个区域来避免对一条直线多次裁剪及求交运算，但是仍存在不必要的求斜率的运算。本文提出依据裁剪线段两端点相对位置来划分窗口区域的方法，减少了求叙率的运算。算法的理论分析和在车载导航地图显示的实践运用都证实，改进是有效的。     

一种有效的任意多边形的线裁剪新算法

根据多边形窗口各顶点与被裁剪线段的两端点分别在x轴、y轴上的坐标,首次提出窗口边界与被裁剪线段相交的必要条件,有效地排除与被裁剪线段不相交的多边形窗口边界,避免了求交带来的大量乘除法运算.算法思想简单,极大地提高了裁剪的效率.     

一种基于截距的圆形窗口线裁剪算法

在圆形窗口圆心为坐标原点的前提下,确定两端点同时在外切正方形某边 界之外或至少有一端点在圆形窗口之内的线段之后,当线段两端点都在圆形窗口之外时：如 果线段所在直线在x 或y 任意坐标轴上截距的绝对值小于或等于圆半径r,则可快速判断线 段与圆形窗口是否相交;否则,再根据点-线位置关系以及所引切线与线段分别相交外切正 方形边的交点坐标相比较判断线段与圆形窗口是否相交。该方法可以加快线段与圆形窗口的 求交进程,避免复杂的辅助操作,显著提高裁剪效率。     

一般多边形窗口的线裁剪

已有的线裁剪算法都是针对矩形窗口或凸多边形窗口的。对于一般的多边形窗口(包括凹多边形)的线裁剪,目前尚无有效的算法。开发这种算法是很必要的,因为它在计算机图形学中有很广泛的应用,如物体的消隐处理等。因此,提出一个对于一般多边形窗口的线裁剪算法,并给出了最优实现。