字符處理及反走樣

1、本課教學(xué)目的本課教學(xué)目的: 認(rèn)識(shí)圖形模式下的文本字符顯示方法，區(qū)分點(diǎn)陣字符和矢量字符的顯示原理，掌握?qǐng)D形顯示中反走樣的原理和方法。重點(diǎn)：重點(diǎn)： 反走樣方法，包括提高設(shè)備分辨率、過(guò)取樣和區(qū)域取樣。難點(diǎn)：難點(diǎn)： 區(qū)域取樣的思想和計(jì)算方法。 5.5 字符處理字符處理字符指數(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)。ASCIIASCII碼碼國(guó)際上最流行的字符集：“美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼集”， (American Standard Code for Information Interchange)，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

2、特殊符號(hào)。漢字編碼的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)字符集：GB231280。該字符集分為94個(gè)區(qū)，94個(gè)位，每個(gè)符號(hào)由一個(gè)區(qū)碼和一個(gè)位碼共同標(biāo)識(shí)。區(qū)碼和位碼各用一個(gè)字節(jié)表示。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。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)分為矢量型矢量型和點(diǎn)陣型點(diǎn)陣型兩種。點(diǎn)陣字符點(diǎn)陣字符:每個(gè)字符由一個(gè)位圖表示，該位為1表示字符的筆畫經(jīng)過(guò)此位，對(duì)應(yīng)于此位的象素應(yīng)置為字符顏色。該位為0表示字符的筆畫不經(jīng)過(guò)此位，對(duì)應(yīng)于此位的象素應(yīng)置為背景顏色。 點(diǎn)陣字符 點(diǎn)陣字庫(kù)

3、中的位圖表示1111110001010101010101010111110001010101010101011111110000000000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)問題一般采用壓縮技術(shù)(如：以偏旁、部首作為漢字基本描述單位)。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到幀緩沖器中。矢量字符矢量字符:記錄字符的筆畫信息，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象素進(jìn)行；矢量字符的變換只要對(duì)其筆畫端

4、點(diǎn)進(jìn)行變換就可以了。矢量字符的顯示也分為兩步。 顯示：首先從字庫(kù)中將它的字符信息讀出。然后取出端點(diǎn)坐標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)膸缀巫儞Q，再根據(jù)各端點(diǎn)的標(biāo)志顯示出字符。 矢量輪廓字符1 1111 1000 1010 1010 1010 1010 1111 1000 1010 1010 1010 1011 1111 1000 0000 000特點(diǎn)：點(diǎn)陣字符：存儲(chǔ)量大，易于顯示矢量字符：存儲(chǔ)量小，美觀，變換方便; 但需要光柵化后才能顯示。5.6 5.6 屬性處理屬性處理5.6.1 5.6.1 線型和線寬線型和線寬1. 線型處理實(shí)心段和中間空白段的長(zhǎng)度（象素?cái)?shù)目）可用象素模象素模板板(pixel mask)指

5、定。存在問題存在問題：如何保持任何方向的劃線長(zhǎng)度近似地相等像素模板像素模板: 111000解決解決可根據(jù)線的斜率來(lái)調(diào)整實(shí)心段和中間空白段的象素?cái)?shù)目。xy213 4 5 6 7 8 9111234567891011121012a a圖5-38 相同數(shù)目象素顯示的不等長(zhǎng)劃線b b2. 線刷子和方刷子處理線寬線刷子：垂直刷子、水平刷子線刷子：垂直刷子、水平刷子圖5-39 線刷子(a)(b)特點(diǎn)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、效率高。斜線與水平(或垂直)線不一樣粗。當(dāng)線寬為偶數(shù)個(gè)象素時(shí)，線的中心將偏移半個(gè)象素。利用線刷子生成線的始末端總是水平或垂直的，看起來(lái)不太自然。解決解決：添加“線帽（line cap）”圖5-40

6、 線“帽子”(a)方帽(c)圓帽(b)突方帽當(dāng)比較接近水平的線與比較接近垂直的線匯合時(shí)，匯合處外角將有缺口圖5-41 線刷子產(chǎn)生的缺口解決解決：斜角連接（miter join）、圓連接（round join）、斜切連接（bevel join）圖5-42 線刷子產(chǎn)生的缺口(a)斜角連接(b)圓連接(c)斜切連接方刷子方刷子特點(diǎn)特點(diǎn)：方刷子繪制的線條（斜線）比用線刷子所繪制的線條要粗一些方刷子繪制的斜線與水平（或垂直）線不一樣粗方刷子繪制的線條自然地帶有一個(gè)“方線帽”圖5-43 方刷子3. 其它線寬處理方式區(qū)域填充區(qū)域填充改變刷子形狀改變刷子形狀：1 1 1101 11 11 11 000(a)象

7、素模板(b)用該模板進(jìn)行線寬處理圖5-44 利用象素模板進(jìn)行線寬處理4. 曲線的線型和線寬線型線型：可采用象素模板象素模板的方法圖5-45 利用模板110進(jìn)行圓的線型處理線寬線寬：線刷子線刷子方刷子方刷子要顯示一致的曲線寬度可通過(guò)旋轉(zhuǎn)刷子方向以使其在沿曲線移動(dòng)時(shí)與斜率方向一致，圓弧刷子圓弧刷子采用填充的辦法采用填充的辦法。5.6.2字符的屬性字符的屬性字體 宋體 仿宋體 楷體 黑體 隸書字高 宋體 宋體 宋體 宋體字寬字傾斜角傾斜 傾斜對(duì)齊 (左對(duì)齊、中心對(duì)齊、右對(duì)齊)字色 紅色紅色、綠色綠色、藍(lán)色藍(lán)色 大 海 大 海 大 海 大 海字符高字寬A底高基線字高頂高字符寬原點(diǎn)圖5-46 字符的常用

8、屬性及其含義帽線5.6.3 5.6.3 區(qū)域填充屬性區(qū)域填充屬性區(qū)域填充屬性選擇包括顏色顏色、圖案圖案和透明度透明度。0010 10 111(a)圖案模板位圖(b)用該模板進(jìn)行填充圖5-47 利用圖案模板進(jìn)行三角形的填充模板圖案用離散量表示連續(xù)量引起的失真現(xiàn)象稱之為走樣走樣(aliasing)5.7 5.7 反走樣反走樣光柵圖形的走樣現(xiàn)象光柵圖形的走樣現(xiàn)象階梯狀邊界圖形細(xì)節(jié)失真；圖5-49 丟失細(xì)節(jié)(a)需顯示的矩形 (b)顯示結(jié)果- 狹小圖形的遺失與動(dòng)態(tài)圖形的閃爍反走樣概念及方法反走樣概念及方法用于減少或消除走樣現(xiàn)象的技術(shù)稱為反走樣反走樣(antialiasing)(1) 提高設(shè)備分辨率(2

9、) 過(guò)取樣（后濾波）(3) 區(qū)域取樣（前濾波）把顯示器分辨率提高一倍把顯示器分辨率提高一倍直線經(jīng)過(guò)兩倍的象素，鋸齒也增加一倍，但同時(shí)每個(gè)階梯的寬度也減小了一倍，所以顯示出的直線段看起來(lái)就平直光滑了一些。 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。(2) (2) 過(guò)取樣過(guò)取樣用較高的分辨率的顯示模式下計(jì)算，（先用較高分辨率取點(diǎn), 以組為單位求幾個(gè)像素平均的顏色值），在較低的分辨率模式下顯示。只能減輕而不能消除鋸齒問題。方法一：方法一：把每個(gè)像素分為四個(gè)子像素，掃描轉(zhuǎn)換算法求得各子像素的

10、灰度值，然后對(duì)四像素的灰度值簡(jiǎn)單平均，作為該像素的灰度值。方法二：基于加權(quán)模板的過(guò)取樣方法二：基于加權(quán)模板的過(guò)取樣設(shè) 分 辨 率 為mn, 把 顯 示 窗 口 分 為(2m+1)(2n+1)個(gè)子像素，對(duì)每個(gè)子像素進(jìn)行灰度值計(jì)算，然后根據(jù)權(quán)值表所規(guī)定的權(quán)值，對(duì)位于像素中心及四周的九個(gè)子像素加權(quán)平均，作為顯示像素的顏色。設(shè)m=4,n=32 14 21 2 1 加權(quán)模板 基于加權(quán)模板的過(guò)取樣基于加權(quán)模板的過(guò)取樣1 2 121421 21 1 111211 10 1 010410 1圖5-54 加權(quán)模板(a)(b)(c)(3) (3) 區(qū)域取樣區(qū)域取樣方法由來(lái)兩點(diǎn)假設(shè)1、象素是數(shù)學(xué)上抽象的點(diǎn)，它的面積

11、為0，它的亮度由覆蓋該點(diǎn)的圖形的亮度所決定；2、直線段是數(shù)學(xué)上抽象直線段，它的寬度為0?，F(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)致混淆出現(xiàn)的原因之一解決方法：改變直線段模型，由此產(chǎn)生算法解決方法：改變直線段模型，由此產(chǎn)生算法1、將直線段看作具有一定寬度的狹長(zhǎng)矩形；2、當(dāng)直線段與某象素有交時(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，確定該象素的亮度值 基本思想：基本思想：每個(gè)象素是一個(gè)具有一定面積的小區(qū)域，將直線段看作具有一定寬度的狹長(zhǎng)矩形。當(dāng)直線段與象素有交時(shí)，求出兩者相交區(qū)域的面積，然后根據(jù)相交區(qū)域面積的大小確定該象素的亮度值。 有寬度的線條輪廓 象素相交的五種情況及用于計(jì)算面積的量0112233445567891011DD/mDm(1)(2)(3)(4)(5)面積計(jì)算如情況1:面積為： * *D D* *D/k=DD/k=D2 2/2k/2kDD/k區(qū)域取樣缺點(diǎn)區(qū)域取樣缺點(diǎn)象素的亮度與相交區(qū)域的面積成正比，而與相交區(qū)域落在象素內(nèi)的位置無(wú)關(guān)，這仍然會(huì)導(dǎo)致鋸齒效應(yīng)。直線條上沿理想直線方向的相鄰兩個(gè)象素有時(shí)會(huì)有較大的灰度差。改進(jìn)：加權(quán)的區(qū)域取樣改進(jìn)：加權(quán)的區(qū)域取樣加權(quán)區(qū)域取樣原理加權(quán)區(qū)域取樣原理 假想一個(gè)連續(xù)的加權(quán)曲面（或過(guò)濾函數(shù)）覆蓋象素。當(dāng)直線條經(jīng)過(guò)該象素時(shí)，該象素的灰度值是在二者重疊區(qū)域上對(duì)濾波器（過(guò)