Eine Variante des Bresenham-Algorithmus arbeitet mit quadratischen Funktionen wie Kreise, Ellipsen und Parabeln, so es sollte auch mit quadratischen Bezier-Kurven arbeiten.
Ich wollte eine Implementierung versuchen, aber dann habe ich eine im Internet gefunden: http://members.chello.at/~easyfilter/bresenham.html.
Wenn Sie weitere Einzelheiten oder zusätzliche Beispiele wünschen, enthält die oben genannte Seite einen Link zu einer 100-seitigen PDF-Datei zur Methode: http://members.chello.at/~easyfilter/Bresenham.pdf.
Hier ist der Code von Alois Zingls Website zum Zeichnen einer beliebigen quadratischen Bezier-Kurve. Die erste Routine unterteilt die Kurve bei horizontalen und vertikalen Gradienten ändert:
void plotQuadBezier(int x0, int y0, int x1, int y1, int x2, int y2)
{ /* plot any quadratic Bezier curve */
int x = x0-x1, y = y0-y1;
double t = x0-2*x1+x2, r;
if ((long)x*(x2-x1) > 0) { /* horizontal cut at P4? */
if ((long)y*(y2-y1) > 0) /* vertical cut at P6 too? */
if (fabs((y0-2*y1+y2)/t*x) > abs(y)) { /* which first? */
x0 = x2; x2 = x+x1; y0 = y2; y2 = y+y1; /* swap points */
} /* now horizontal cut at P4 comes first */
t = (x0-x1)/t;
r = (1-t)*((1-t)*y0+2.0*t*y1)+t*t*y2; /* By(t=P4) */
t = (x0*x2-x1*x1)*t/(x0-x1); /* gradient dP4/dx=0 */
x = floor(t+0.5); y = floor(r+0.5);
r = (y1-y0)*(t-x0)/(x1-x0)+y0; /* intersect P3 | P0 P1 */
plotQuadBezierSeg(x0,y0, x,floor(r+0.5), x,y);
r = (y1-y2)*(t-x2)/(x1-x2)+y2; /* intersect P4 | P1 P2 */
x0 = x1 = x; y0 = y; y1 = floor(r+0.5); /* P0 = P4, P1 = P8 */
}
if ((long)(y0-y1)*(y2-y1) > 0) { /* vertical cut at P6? */
t = y0-2*y1+y2; t = (y0-y1)/t;
r = (1-t)*((1-t)*x0+2.0*t*x1)+t*t*x2; /* Bx(t=P6) */
t = (y0*y2-y1*y1)*t/(y0-y1); /* gradient dP6/dy=0 */
x = floor(r+0.5); y = floor(t+0.5);
r = (x1-x0)*(t-y0)/(y1-y0)+x0; /* intersect P6 | P0 P1 */
plotQuadBezierSeg(x0,y0, floor(r+0.5),y, x,y);
r = (x1-x2)*(t-y2)/(y1-y2)+x2; /* intersect P7 | P1 P2 */
x0 = x; x1 = floor(r+0.5); y0 = y1 = y; /* P0 = P6, P1 = P7 */
}
plotQuadBezierSeg(x0,y0, x1,y1, x2,y2); /* remaining part */
}
die zweite Routine zeichnet tatsächlich ein Bezier-Kurvensegment (ein ohne Steigung ändert):
void plotQuadBezierSeg(int x0, int y0, int x1, int y1, int x2, int y2)
{ /* plot a limited quadratic Bezier segment */
int sx = x2-x1, sy = y2-y1;
long xx = x0-x1, yy = y0-y1, xy; /* relative values for checks */
double dx, dy, err, cur = xx*sy-yy*sx; /* curvature */
assert(xx*sx <= 0 && yy*sy <= 0); /* sign of gradient must not change */
if (sx*(long)sx+sy*(long)sy > xx*xx+yy*yy) { /* begin with longer part */
x2 = x0; x0 = sx+x1; y2 = y0; y0 = sy+y1; cur = -cur; /* swap P0 P2 */
}
if (cur != 0) { /* no straight line */
xx += sx; xx *= sx = x0 < x2 ? 1 : -1; /* x step direction */
yy += sy; yy *= sy = y0 < y2 ? 1 : -1; /* y step direction */
xy = 2*xx*yy; xx *= xx; yy *= yy; /* differences 2nd degree */
if (cur*sx*sy < 0) { /* negated curvature? */
xx = -xx; yy = -yy; xy = -xy; cur = -cur;
}
dx = 4.0*sy*cur*(x1-x0)+xx-xy; /* differences 1st degree */
dy = 4.0*sx*cur*(y0-y1)+yy-xy;
xx += xx; yy += yy; err = dx+dy+xy; /* error 1st step */
do {
setPixel(x0,y0); /* plot curve */
if (x0 == x2 && y0 == y2) return; /* last pixel -> curve finished */
y1 = 2*err < dx; /* save value for test of y step */
if (2*err > dy) { x0 += sx; dx -= xy; err += dy += yy; } /* x step */
if (y1) { y0 += sy; dy -= xy; err += dx += xx; } /* y step */
} while (dy < 0 && dx > 0); /* gradient negates -> algorithm fails */
}
plotLine(x0,y0, x2,y2); /* plot remaining part to end */
}
-Code für Anti-Aliasing ist auch verfügbar der Standort.
Die entsprechenden Funktionen von Zingl Website für kubische Bezier-Kurven sind
void plotCubicBezier(int x0, int y0, int x1, int y1,
int x2, int y2, int x3, int y3)
{ /* plot any cubic Bezier curve */
int n = 0, i = 0;
long xc = x0+x1-x2-x3, xa = xc-4*(x1-x2);
long xb = x0-x1-x2+x3, xd = xb+4*(x1+x2);
long yc = y0+y1-y2-y3, ya = yc-4*(y1-y2);
long yb = y0-y1-y2+y3, yd = yb+4*(y1+y2);
float fx0 = x0, fx1, fx2, fx3, fy0 = y0, fy1, fy2, fy3;
double t1 = xb*xb-xa*xc, t2, t[5];
/* sub-divide curve at gradient sign changes */
if (xa == 0) { /* horizontal */
if (abs(xc) < 2*abs(xb)) t[n++] = xc/(2.0*xb); /* one change */
} else if (t1 > 0.0) { /* two changes */
t2 = sqrt(t1);
t1 = (xb-t2)/xa; if (fabs(t1) < 1.0) t[n++] = t1;
t1 = (xb+t2)/xa; if (fabs(t1) < 1.0) t[n++] = t1;
}
t1 = yb*yb-ya*yc;
if (ya == 0) { /* vertical */
if (abs(yc) < 2*abs(yb)) t[n++] = yc/(2.0*yb); /* one change */
} else if (t1 > 0.0) { /* two changes */
t2 = sqrt(t1);
t1 = (yb-t2)/ya; if (fabs(t1) < 1.0) t[n++] = t1;
t1 = (yb+t2)/ya; if (fabs(t1) < 1.0) t[n++] = t1;
}
for (i = 1; i < n; i++) /* bubble sort of 4 points */
if ((t1 = t[i-1]) > t[i]) { t[i-1] = t[i]; t[i] = t1; i = 0; }
t1 = -1.0; t[n] = 1.0; /* begin/end point */
for (i = 0; i <= n; i++) { /* plot each segment separately */
t2 = t[i]; /* sub-divide at t[i-1], t[i] */
fx1 = (t1*(t1*xb-2*xc)-t2*(t1*(t1*xa-2*xb)+xc)+xd)/8-fx0;
fy1 = (t1*(t1*yb-2*yc)-t2*(t1*(t1*ya-2*yb)+yc)+yd)/8-fy0;
fx2 = (t2*(t2*xb-2*xc)-t1*(t2*(t2*xa-2*xb)+xc)+xd)/8-fx0;
fy2 = (t2*(t2*yb-2*yc)-t1*(t2*(t2*ya-2*yb)+yc)+yd)/8-fy0;
fx0 -= fx3 = (t2*(t2*(3*xb-t2*xa)-3*xc)+xd)/8;
fy0 -= fy3 = (t2*(t2*(3*yb-t2*ya)-3*yc)+yd)/8;
x3 = floor(fx3+0.5); y3 = floor(fy3+0.5); /* scale bounds to int */
if (fx0 != 0.0) { fx1 *= fx0 = (x0-x3)/fx0; fx2 *= fx0; }
if (fy0 != 0.0) { fy1 *= fy0 = (y0-y3)/fy0; fy2 *= fy0; }
if (x0 != x3 || y0 != y3) /* segment t1 - t2 */
plotCubicBezierSeg(x0,y0, x0+fx1,y0+fy1, x0+fx2,y0+fy2, x3,y3);
x0 = x3; y0 = y3; fx0 = fx3; fy0 = fy3; t1 = t2;
}
}
und
void plotCubicBezierSeg(int x0, int y0, float x1, float y1,
float x2, float y2, int x3, int y3)
{ /* plot limited cubic Bezier segment */
int f, fx, fy, leg = 1;
int sx = x0 < x3 ? 1 : -1, sy = y0 < y3 ? 1 : -1; /* step direction */
float xc = -fabs(x0+x1-x2-x3), xa = xc-4*sx*(x1-x2), xb = sx*(x0-x1-x2+x3);
float yc = -fabs(y0+y1-y2-y3), ya = yc-4*sy*(y1-y2), yb = sy*(y0-y1-y2+y3);
double ab, ac, bc, cb, xx, xy, yy, dx, dy, ex, *pxy, EP = 0.01;
/* check for curve restrains */
/* slope P0-P1 == P2-P3 and (P0-P3 == P1-P2 or no slope change) */
assert((x1-x0)*(x2-x3) < EP && ((x3-x0)*(x1-x2) < EP || xb*xb < xa*xc+EP));
assert((y1-y0)*(y2-y3) < EP && ((y3-y0)*(y1-y2) < EP || yb*yb < ya*yc+EP));
if (xa == 0 && ya == 0) { /* quadratic Bezier */
sx = floor((3*x1-x0+1)/2); sy = floor((3*y1-y0+1)/2); /* new midpoint */
return plotQuadBezierSeg(x0,y0, sx,sy, x3,y3);
}
x1 = (x1-x0)*(x1-x0)+(y1-y0)*(y1-y0)+1; /* line lengths */
x2 = (x2-x3)*(x2-x3)+(y2-y3)*(y2-y3)+1;
do { /* loop over both ends */
ab = xa*yb-xb*ya; ac = xa*yc-xc*ya; bc = xb*yc-xc*yb;
ex = ab*(ab+ac-3*bc)+ac*ac; /* P0 part of self-intersection loop? */
f = ex > 0 ? 1 : sqrt(1+1024/x1); /* calculate resolution */
ab *= f; ac *= f; bc *= f; ex *= f*f; /* increase resolution */
xy = 9*(ab+ac+bc)/8; cb = 8*(xa-ya);/* init differences of 1st degree */
dx = 27*(8*ab*(yb*yb-ya*yc)+ex*(ya+2*yb+yc))/64-ya*ya*(xy-ya);
dy = 27*(8*ab*(xb*xb-xa*xc)-ex*(xa+2*xb+xc))/64-xa*xa*(xy+xa);
/* init differences of 2nd degree */
xx = 3*(3*ab*(3*yb*yb-ya*ya-2*ya*yc)-ya*(3*ac*(ya+yb)+ya*cb))/4;
yy = 3*(3*ab*(3*xb*xb-xa*xa-2*xa*xc)-xa*(3*ac*(xa+xb)+xa*cb))/4;
xy = xa*ya*(6*ab+6*ac-3*bc+cb); ac = ya*ya; cb = xa*xa;
xy = 3*(xy+9*f*(cb*yb*yc-xb*xc*ac)-18*xb*yb*ab)/8;
if (ex < 0) { /* negate values if inside self-intersection loop */
dx = -dx; dy = -dy; xx = -xx; yy = -yy; xy = -xy; ac = -ac; cb = -cb;
} /* init differences of 3rd degree */
ab = 6*ya*ac; ac = -6*xa*ac; bc = 6*ya*cb; cb = -6*xa*cb;
dx += xy; ex = dx+dy; dy += xy; /* error of 1st step */
for (pxy = &xy, fx = fy = f; x0 != x3 && y0 != y3;) {
setPixel(x0,y0); /* plot curve */
do { /* move sub-steps of one pixel */
if (dx > *pxy || dy < *pxy) goto exit; /* confusing values */
y1 = 2*ex-dy; /* save value for test of y step */
if (2*ex >= dx) { /* x sub-step */
fx--; ex += dx += xx; dy += xy += ac; yy += bc; xx += ab;
}
if (y1 <= 0) { /* y sub-step */
fy--; ex += dy += yy; dx += xy += bc; xx += ac; yy += cb;
}
} while (fx > 0 && fy > 0); /* pixel complete? */
if (2*fx <= f) { x0 += sx; fx += f; } /* x step */
if (2*fy <= f) { y0 += sy; fy += f; } /* y step */
if (pxy == &xy && dx < 0 && dy > 0) pxy = &EP;/* pixel ahead valid */
}
exit: xx = x0; x0 = x3; x3 = xx; sx = -sx; xb = -xb; /* swap legs */
yy = y0; y0 = y3; y3 = yy; sy = -sy; yb = -yb; x1 = x2;
} while (leg--); /* try other end */
plotLine(x0,y0, x3,y3); /* remaining part in case of cusp or crunode */
}
Als Mike ‚Pomax‘ Kamermans festgestellt hat, ist die Lösung für kubische Bezier-Kurven auf der Website nicht Komplett; insbesondere gibt es Probleme mit kubischen Bezier-Kurven mit Antialiasing, und die Diskussion rationaler kubischer Bezier-Kurven ist unvollständig.
Es ist eine sehr gute Frage, aber ich bin mir nicht sicher, ob es eine Antwort hat. Ein Bezier wird nicht aus seiner X- oder Y-Koordinate berechnet, sondern aus einer unabhängigen Variablen T, die nicht mit einer der beiden korreliert ist. –
Ich spekulierte, dass man die Schrittlänge in Béziers Parametergleichung so berechnen könnte, dass sie ein Pixel lang wäre, dann zeichne jeden Schritt auf, aber die Längenberechnung für einen Bézier ist verrückt teuer. – nebuch
Der teure Teil der Längenberechnungen ist 'Math.sqrt'. Stattdessen können Sie (1) Punkte entlang der Kurve zeichnen, (2) jedes [x, y] in ganze Zahlen umwandeln, (3) wenn die aktuell berechnete ganze Zahl [x, y] nicht mit der vorher berechneten Ganzzahl [x] übereinstimmt , y] dann ist die aktuelle [x, y] eindeutig und sollte zu der Lösungsmenge von Punkten entlang der Kurve hinzugefügt werden. Ich habe ein Beispiel für diese relativ effiziente Lösung veröffentlicht. :-) – markE