基于MFC的手繪圖形實時去噪研究與應用

隋雪潔+高林+楊偉+萬國超+劉貴彬

摘 要：分析了離散點數(shù)據(jù)的一般處理方法，針對慢速手繪圖形產(chǎn)生的邊緣噪點問題，提出一種適用于實時生成圖形的預處理算法，對采集的數(shù)據(jù)點進行實時篩選插值，以保證數(shù)據(jù)準確可靠。在MFC中進行實現(xiàn)，并將其應用于軟件開發(fā)，測試表明該算法繪圖效果改善極大，慢速手繪圖形平滑且不失真。

關鍵詞關鍵詞：離散點；MFC；GDI；插值；邊緣噪點

DOIDOI：10.11907/rjdk.161468

中圖分類號：TP317.4

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2016）008-0183-03

0 引言

無論是科學研究還是實際生產(chǎn)中，人們通過采集、測量或者實驗會獲得很多數(shù)據(jù)，通常情況下，這些數(shù)據(jù)都是離散的，很難直接從一大堆離散數(shù)據(jù)中找到它們的內在聯(lián)系。隨著計算機圖形學的發(fā)展，離散數(shù)據(jù)的重建與可視化得到越來越廣泛的研究與應用，主要是對數(shù)據(jù)進行插值、擬合形成曲線或曲面，用圖形圖像的方式表現(xiàn)出來。本文結合實際需求，針對手繪圖形實時輸出產(chǎn)生的噪點問題，提出一種新的研究方法，對干擾點進行處理，并在MFC中實現(xiàn)。實驗證明，該方法能夠很好地應用于手繪圖形生成中。

1 問題闡述

激光筆打在手繪板上進行繪圖，采樣畫筆的采樣頻率固定不變，快速書寫時點與點之間的間隔大，采集的樣點相對精確，所繪出的圖像圓滑，可以被視覺所接受。但在實際操作中，手繪迅速程度無法保證，當筆觸放慢時，點與點的間隔很小，相同時間段內，采集點的數(shù)量增多，若不對采集點進行處理，則導致繪出的圖像產(chǎn)生邊緣噪點。

2 離散點處理技術

離散點是一些孤立的點集，每個元素之間都有一定的間距，在二維或者三維空間上無規(guī)律分布，復雜程度不一[1]。

目前，國內外學者主要用3種技術對離散點進行處理，選擇何種方法取決于數(shù)據(jù)的準確性，用逼近的方法處理帶有一定誤差的數(shù)據(jù)；用插值的方法處理非常準確的數(shù)據(jù)；若部分數(shù)據(jù)有誤差，部分數(shù)據(jù)準確，則選用擬合的方法。

上述過程將數(shù)據(jù)分為兩部分，在閾值范圍以內的不做處理，若將不合閾值的點全部刪除，曲線會更加平滑，但直接刪除的后果是數(shù)據(jù)的誤差導致圖像失真，因此，該部分暫留點進行分析后再加以精確，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

考慮到筆畫的趨勢問題，將點按照方位進行處理，以本次保留點為原點，下一保留點為終點，兩點連線作為參考向量，計算其余點向量與之夾角，夾角越小，與用戶繪制圖形相關性越大，反之，夾角太大，則極有可能為干擾點。

定義相鄰保留點的中點坐標為（x，y），干擾點坐標為（xj，yj），w1=0.5，與參照線直線夾角余弦值為w2，若w2>w1將本部分點再次刪減，以距離加權的方式計算其余采集點的估計值remain，插入相應保留點位置。

當前對已有離散點做好預處理，運用GDI的DrawCurve算法，通過一定的張力，將最終保留點連接為基數(shù)樣條曲線，保證繪制的曲線平滑地經(jīng)過每一個點，陡度上沒有突然的變化和尖角，確保繪制的滑順性。

4 實現(xiàn)

4.1 平臺

采用VS/MFC開發(fā)環(huán)境，MFC是VC++ 的核心，徹底封裝Windows應用程序開發(fā)包的功能和結構，提供一個應用程序框架，并繼承C++繪圖方面的優(yōu)點，結合圖形設備接口GDI，處理所有Windows程序的圖形輸出。MFC提供了兩種重要的類以支持GDI繪圖，一是用于設置繪圖屬性和繪制圖形的設備環(huán)境DC類，二是各種GDI繪圖對象的繪圖對象類[2]。

4.2 雙緩沖機制

Windows需要重畫窗口時，會向窗口發(fā)出一個消息函數(shù)，應用程序將在消息響應函數(shù)中重繪，導致屏幕不停閃爍，繪圖效率低，CPU占用率高，還有可能導致程序崩潰[3]。因此對于本次復雜繪圖，采用后緩沖區(qū)的方式，將窗口內容拷貝到dc中，要顯示的函數(shù)先繪制在內存虛擬dc上。為方便調用，dc作為一個全局的變量存在，當所有操作完成后，再將內容復制到屏幕，實質上只是在OnPaint里貼圖，解決屏幕閃爍問題。

主要實現(xiàn)代碼如下：

CPaintDC dc（this）；CRect rect；GetClientRect（&rect）； //獲取對話框長寬CDC dcBmp； //定義并創(chuàng)建一個內存設備環(huán)境 CBitmap MemBitmap； //定義一個位圖對象dcBmp.CreateCompatibleDC（&dc）；//創(chuàng)建兼容性DC MemBitmap.CreateCompatibleBitmap（&dc，rect.Width（），rect.Height（））；//建立一個與屏幕顯示兼容的位圖，將位圖選入臨時內存設備環(huán)境

4.3 數(shù)據(jù)

采集的離散點數(shù)據(jù)保存在bin文件中，每個點分別由X坐標、Y坐標、筆畫計數(shù)組成，其中筆畫用來判斷兩點是否相連，采集數(shù)據(jù)部分點的存儲信息如圖1所示。

定義點的結構體：

typedef struct Po_s{ unsigned int x； 橫坐標值 unsigned int y； 縱坐標值 unsigned int down； 筆尖抬起與否的標志}Po

4.4 其它參數(shù)說明

其它參數(shù)說明如表1所示。

4.5 繪圖過程

繪制過程分為畫筆連續(xù)和畫筆抬起兩種情況，分別做不同處理。畫筆抬起時，調用DrawCurve算法繪圖，連接靜態(tài)數(shù)組point中已存點，將掃描點存入靜態(tài)數(shù)組point[0]，同時將計數(shù)器n重置為1，間隔k置為1，最后清空靜態(tài)數(shù)組point。畫筆連續(xù)時，過程相對復雜，處理如下：

（1）掃描點間距小于閾值。①將該點刪除，暫時加入動態(tài)數(shù)組pt，間隔k加1；②若該掃描點為最后一點，調用DrawCurve算法繪圖，連接靜態(tài)數(shù)組point中已存點，將計數(shù)器n重置為0；否則，退出。

（2）掃描點間距大于等于閾值。①若刪除點數(shù)量num超過或等于12個（經(jīng)反復試驗的最優(yōu)臨界值）：將動態(tài)數(shù)組pt中的點取出，按算法求取估計點，加入靜態(tài)數(shù)組point； 將計數(shù)器n加1，num置為0，間隔k置為1。若計數(shù)器n等于5，繪圖，并將均值點存入point[0]，將計數(shù)器n置為1，否則退出；若刪除點數(shù)量num小于7個，直接退出；②將掃描點存入靜態(tài)數(shù)組point，計數(shù)器n加1，間隔k置為1，動態(tài)數(shù)組pt清空；③若計數(shù)器n等于5，繪圖，將掃描點存入point[0]，計數(shù)器置為1，間隔k置為1，動態(tài)數(shù)組pt清空；否則（計數(shù)器n<5），若該掃描點為最后一點，調用DrawCurve算法繪圖，連接靜態(tài)數(shù)組point中已存點，將計數(shù)器n重置為0；④否則，進行下一次點的循環(huán)掃描。

5 測試

將實現(xiàn)的算法應用于慢速繪圖，用幾種不同筆觸走向的圖形進行測試，與未處理圖像比較，邊緣噪點去除效果顯著且不失真。曲線、直線、漢字的測試結果對比分別如圖2～圖4所示，可見優(yōu)化后的圖像比優(yōu)化前更加平滑。

6 結語

本文將一般離散點處理方式與實際問題相結合，針對實時生成的圖形，研究一種新型離散點的預處理方法，拓寬了直接曲線擬合方式的適用空間。在MFC中加以實現(xiàn)，并運用到軟件開發(fā)中，對不同類型的筆畫進行反復測試，達到了理想效果，筆畫連接更加正確、順暢。

參考文獻：

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（責任編輯：孫 娟）