计算机图形学课程设计
--基于四叉树算法绘制颜色填充等值线图
姓名：陈明
学号：200905070110 学院：信息科学与技术学院 指导老师：黄地龙老师
一、 问题提出与需求分析
1、 问题及目标
问题：基于四叉树算法绘制颜色填充等值线图。
目标：利用四叉树思想用所给文件中的数据绘制等值线图，并绘出坐标系及颜色标识码。通过本次实验提高学生编程能力，加深对OpenGL的理解，加深对VC++6.0的认识。 2、 问题概念及算法原理
等值线是一组值相等的序列连线组成的图形。等值线图在实际中应用广泛， 如等高线图、等气压图等等。等值线的表达形式有两类：一类是画线等值线图；另一类是颜色填充等值线图。
依据数据分部不同，等值线图的绘制有两类方法：三角网法和矩形网格法。
三角网法是针对数据分布不规则的环境下的一种绘制方法。矩形网格法是一种针对数据分布规则的等直线图绘制方法。它是设平面区域按一定大小的网格距划分的矩形网格。
由于所给数据时矩形网格数据，所以本程序采用矩形网格法，并采用颜色填
充。改程序采用基于四叉树的颜色填充等值线图绘制方法。
四叉树的基本算法思想是：当网格四个节点的颜色值相等时，则用该颜色值填充该矩形，否则将矩形网格等分四个小网格，并用插值方法计算每个小网格的颜色值，递归使用网格四个节点的颜色值是否相等，由此依次建立一棵四叉树。当细分至四个节点的颜色值全部都小于或等于一个像素时，则将其视为等值线上的点，用来画等值线。
在该程序中，对于等值线处理比较粗糙，采用的是描点的方式，当四个节点的颜色值全部都小于或等于一个像素时，对其进行描点处理，这样处理的结果导致等值线不够光滑，且颜色级数不能过大，否则效果比较难看。一般来说颜色级数为11最佳，主要是本人能力有限。
二、 绘图程序设计的技术思路
1、 程序总体设计
利用四叉树思想绘制等颜色填充等值线图，首先应从数据文件中读取数据， 用二级指针**a来存放，并求出最大值max及最小值min，接收键盘输入的颜色
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级数Ncolor，并求出等值颜色域的间距Dc，Dc=(max-min)/Ncolor。为了填充颜色得先建立颜色填充表，可以采用颜色类的方式，本程序中采用三个浮点型数组r、g、b来建立颜色填充表，由函数void Color(int m)来构造。
准备工作做好了开始构建四叉树，采用递归思想循环调用四叉树算法填充矩
形网格的颜色值，当x增量和y增量都小于1个像素点时则可认为该点为等值区域的边界点，即等值线上的点，作为描绘等值线的点。填充完毕后建立平面坐标系并绘制色码标识。
根据以上所述，程序设计步骤可分为以下几步：
（1）读入网格数据值，并求全区网格的最大值max和最小值min。 （2）给定等值线的级数Ncolor,求得等值线的间距Dc=(max-min)/Ncolor。 （3）建立填充颜色表r[],g[],b[]。
（4）循环递归调用四叉树算法填充网格矩形颜色值。 （5）等值线检测 （6）绘制平面坐标系 （7）绘制色码标识
2、 详细设计及各函数主要算法原理
（1）void TreeMath(float x,float y,float dx,float dy,int z1,int z2,int
z3,int z4); 递归调用四叉树算法填充网格矩形颜色值由下列式子分别计算z1、z1、z3、z4、的颜色索引值Ic1、Ic2、Ic3、Ic4，Ic1=int((z1-min)/Dc)，Ic2=int((z2-min)/Dc)，Ic3=int((z3-min)/Dc)，Ic4=int((z4-min)/Dc)（Dc为等值颜色域的间距，min为数据最小值）。当它们颜色索引值相等时则说明它们位于一个等值区域(该区域是以点(x,y)和(x+dx,y+dy)为对角顶点的矩形)，调用函数glColor3f(r[Ic1],g[Ic1],b[Ic1])对该区域设置对应的颜色。若dx,dy都小于1，则说明(x,y)位于等值域的边界上。否则循环递归调用该函数直到满足上面两个条件之一。
（2）void gltRasterText(float x, float y, const char *text, void *font)采用光栅思
想在(x,y)处输出text的值，输出字体为font，用于描绘坐标系，输出X轴和Y轴的坐标。
（3）void DrawCoordinate(float x,float y)绘制坐标系，(x,y)为图片开始的坐标，
即图片坐标系的原点，由于对OpenGL不是很熟悉，所以在本程序中采用的是画
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网格的方法绘制图片的坐标系。在边缘部分都延长出去5个像素点，从原点开始每隔20个单位分别在X轴方向和Y轴方向画一条直线，X轴方向画column（数据文件中数据的列数）条，Y轴方向画row（数据文件中数据的行数）条，再调用gltRasterText(float x, float y, const char *text, void *font)在相应的地方输出坐标轴的坐标值。网格画好了再将图贴上去则把中间的网格覆盖，只留坐标轴。由于是先画网格后画图，所以部分坐标轴会被覆盖，所以外围四条线单独在绘图完成后再画。
（4）void DrawCodeIdentifier(float x,float y);色码标识绘制函数，从点(x,y)开
始沿X、Y的正向绘制色码标识，色码标识由Ncolor（颜色级数）个小矩形构成，其颜色是由红色到绿色连续变化的，代表值的从小到大并调用函数gltRasterText(float x, float y, const char *text, void *font)在相应地方标出其所代表的值的大小，最小值min（数据最小值），按步长Dc（等值颜色域的间距）从红色到绿色依次递增。
（5）void display(void);窗口的显示回调函数。调用以上函数绘制完整的等值
线图，循环调用TreeMath(float x,float y,float dx,float dy,int z1,int z2,int z3,int z4)函数对整个数据网格进行填充，绘制完整的颜色填充等值线图。
三、 主要程序设计的说明
1、 变量说明
下列变量因为要多个函数共用，为了方便，所以将其声明为全局变量。 int max,min; max用来记录网格数据中的最大值，min用来记录网格数据中 的最小值。
int Ncolor;用来设置颜色的级数，动态设置，接收键盘的输入。 int Dc；用来记录等值颜色域的间距，Dc=(max-min)/Ncolor。
float *r,*g,*b;用于构建颜色填充表，其大小由颜色级数Ncolor来进行动态分
配。分别代表RGB三种颜色的颜色值。
int row,column; row用于记录网格数据的行数，column用于记录网格数据的
列数。
int **a;用于存放网格数据值。其大小由行数row和列数column动态分配。
2、 函数说明
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