填充操作在油漆应用中是如何工作的？答案

【问题标题】：How does the fill operation work in paint applications?填充操作在油漆应用中是如何工作的？
【发布时间】：2010-09-21 09:54:54
【问题描述】：

所有绘画程序，无论它们多么简单或复杂，都带有填充工具。这基本上用另一种颜色替换了封闭区域的颜色。我知道有不同的 API 可以做到这一点，但我对算法很感兴趣。实现此工具的有效算法是什么？

我能很快想到的几件事是：

将图像转换为二进制图，其中要替换颜色的像素为1，所有其他颜色为0。
在要更改的点周围找到一个封闭区域，使内部所有像素为 1，所有相邻像素为 0。

Sample Image

【问题讨论】：

@dbr：“邻居”？你们英国人说我们的语言很有趣。 :-) 不过更好的标题！

标签： algorithm image-processing

【解决方案1】：

许多实现都是作为递归的征服和划分算法完成的。如果您对“洪水填充算法”进行快速 google，您会发现大量资源，包括 the topic 上的优秀维基百科页面。

【讨论】：

天哪，动画太棒了！我记得我什么时候可以在我的 Amiga 500 上观看 Deluxe Paint 中的算法。
@akuhn 或者在 486 上玩 Scorched Earth 时在游戏中观看。

【解决方案2】：

如果你想要一个不太关心内存效率的高效算法，你可以这样做：

1) 保留您已经访问过的单元格的布尔内存：Vis[]

2) 保留您已访问但尚未标记邻居的点列表：Busy[]

3) 将两者都设为空

4) 将起点添加到Busy

5)

while you have a point P in Busy:
{
    for each neighbour N of the point P for which Vis[N] is still false
    {
       if appropriate (not crossing the boundary of the fill region)
       {
           set Vis[N] to true
           update the colour of N in the bitmap
           add N to the end of Busy[]
       }
       remove P from Busy[]
    }
}

【讨论】：

【解决方案3】：

Flood Fill 算法是最常用的。以下是直接来自我的旧大学教科书“使用 OpenGL 的计算机图形学”的一个幼稚版本，作者是 Hearn Baker，第 3 版：

void floodFill4 (int x, int y, int fillColor, int interiorColor)
{
  int color;

  /* Set current color to fillColor, then perform the following operations */
  getPixel(x, y, color);
  if (color == interiorColor) 
  {
    setPixel(x,y);  // Set color of pixel to fillColor.
    floodFill4(x + 1, y, fillColor, interiorColor);
    floodFill4(x - 1, y, fillColor, interiorColor);
    floodFill4(x, y + 1, fillColor, interiorColor);
    floodFill4(x, y - 1, fillColor, interiorColor);
  }
}

但是，对于大图像，由于对每个像素进行递归，上述内容可能会给您一个堆栈溢出错误。通常，该算法会被修改，以便在填充一行像素时使用迭代，然后递归地填充上面和下面的行。正如@kasperjj 所说，维基百科有一篇很好的文章。

【讨论】：

因在上下文中提到堆栈溢出而升级...！

【解决方案4】：

这些算法在@987654321@ 中有详细讨论。如果你有兴趣了解如何在不使用 DirectX 或 OpenGL API 的情况下光栅化线条、填充多边形、编写 3d 代码，我强烈推荐这本书。当然，对于现实世界的应用程序，您可能希望使用现有的库，但如果您对这些库的工作方式感到好奇，那么这是一本很棒的读物。

【讨论】：

我引用的《Computer Graphics with OpenGL》这本书对于深入研究 2d 和 3d 渲染背后的理论也是一本极好的书，而且写得很好。它只使用 OpenGL 来展示一些算法和方程是如何应用的。不过，它在数学上相当密集。

【解决方案5】：

还可以阅读有关连接组件标签的信息。这是一种查找连接像素的有效方法，同时只访问每个像素两次。

Wikipedia article.

这样做的好处是像素值不必相同，或者将像素描述为连接的函数可能不是原始值——也许是梯度。

【讨论】：

【解决方案6】：

总体思路被描述为Flood Fill Algorithm，并且对其进行了各种修改。一种常见的方法是扫描线填充。查看相关问题How Scanline based 2d rendering engines works?

【讨论】：