[发明专利]一种基于非加权区域采样的反走样直线绘制方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种绘制反走样直线的新方法，属于计算机图形学反走样技术领域。

(二)背景技术

随着计算机图形技术的飞速发展，可以说当前计算机显示功能方面的应用都不同程度地涉及到图形技术，因此计算机图形绘制方法的研究也显得越来越重要。

直线作为组成图形的基本元素之一，其绘制方法是计算机图形学研究最多的一个基础内容。计算机图形学中的直线生成算法通常是指通过在光栅显示屏上寻找一系列距离直线最近的离散像素点来表示直线的方法。目前，应用最广泛的光栅图形显示屏由一系列离散的像素组成，从而用计算机生成的直线最终都得以离散的像素来显示。因此，绘制非水平和非垂直的直线将会不可避免地出现锯齿现象，这种因为用离散量表示连续量而产生的失真，就称为走样(aliasing)。而用于消除或减小走样现象的技术则称为反走样(antialiasing)。

直线绘制功能的基础性和广泛应用性使针对直线反走样技术领域的研究一直是计算机图形学的研究热点之一。

现阶段，直线反走样技术主要有三种方法：提高分辨率、非加权区域采样和加权区域采样。

提高分辨率通过增加显示屏上的像素点减轻锯齿现象、增强直线的显示效果，但是该方法是以成倍的存储器容量和扫描转换时间作为代价取得良好效果的，因此将会大大增加仪器的成本，并且此方法只能减轻，而不能消除锯齿问题。

非加权与加权区域采样均能有效地减轻并在一定程度上消除锯齿现象，这两种方法从取样理论的角度看，相当于使用一定形状的滤波器，进行前置滤波后再取样，因此两种方法绘制的直线相比于在相同分辨率下直接进行点取样绘制的直线看起来效果要好很多。

在反走样技术领域使用的各种算法中，基于区域采样原理的Wu直线反走样算法是反走样技术领域较早使用的方法之一，该方法虽能取得较好的显示效果，但是算法本身需要做除法、取整等实数运算，用FPGA难以实现。而这一现象也是目前众多算法的缺点所在，本发明通过分析单像素宽度直线的特性并结合Bresenham画线算法提出一种简单的基于非加权区域采样的反走样直线绘制算法，适用于对显示质量要求较高的领域。

(三)发明内容

本发明的目的在于提出一种在FPGA平台上容易实现的基于非加权区域采样的反走样直线绘制方法，适用于对显示平滑度要求较高的仪器仪表等领域。

本发明的技术方案是对所要绘制的直线经过光栅显示屏的每一列显示像元均采取以下操作：首先，通过绘制直线的Bresenham算法确定当前列距离理想直线最近的三个显示像元，其中距离直线最近的显示像元必有灰度值，另外两个显示像元可能有灰度值，而当前列其余显示像元则没有灰度值；然后，将这三个显示像元中的每一个都均分为数量等同于光栅显示屏灰度级数的子像元；接着，确定矩形区域在当前列的覆盖范围；最后，分别统计三个显示像元被矩形区域覆盖的子像元的数量，根据统计所得结果确定当前列显示像元的灰度值。

以下对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明提出了一种基于非加权区域采样的反走样直线绘制方法，可用于对显示平滑度要求比较高的仪器仪表等领域；其特征在于对所要绘制的直线(这里只讨论斜率在0～1之间的情况，对于其它情况可通过将X轴与Y轴互换处理)在光栅图形显示屏上经过的每一列显示像元均进行如下步骤的操作：

步骤一：确定当前列与所要绘制的理想直线距离最近的三个显示像元；

步骤二：对步骤一获取的三个显示像元进行均匀分割，得到若干个子像元；

步骤三：确定代表直线的具有一个单位像元宽度的矩形在当前列的覆盖范围；

步骤四：分别统计步骤一获取的三个显示像元被矩形所覆盖的子像元的数量；

步骤五：确定步骤一获取的三个显示像元的灰度值。

在步骤一中，利用经典Bresenham画线算法确定当前列距离所要绘制的理想直线最近的显示像元(设坐标为(x，y))，由于代表所绘制直线的矩形的宽度为单位显示像元，因此该列中可能有灰度值的另外两个显示像元的坐标分别为(x，y+1)和(x，y-1)。

步骤二，对步骤一中获取的三个显示像元进行分割，每个显示像元均匀分割成数量等同于显示屏灰度级数的子像元，例如，对于64个灰度级的显示屏，则将三个显示像元均分为8×8个面积相等的正方形子像元。