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：分析了離散點數據的一般處理方法，針對慢速手繪圖形產生的邊緣噪點問題，提出一種適用于實時生成圖形的預處理算法，對采集的數據點進行實時篩選插值，以保證數據準確可靠。在MFC中進行實現，并將其應用于軟件開發，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中，人們通過采集、測量或者實驗會獲得很多數據，通常情況下，這些數據都是離散的，很難直接從一大堆離散數據中找到它們的內在聯系。隨著計算機圖形學的發展，離散數據的重建與可視化得到越來越廣泛的研究與應用，主要是對數據進行插值、擬合形成曲線或曲面，用圖形圖像的方式表現出來。本文結合實際需求，針對手繪圖形實時輸出產生的噪點問題，提出一種新的研究方法，對干擾點進行處理，并在MFC中實現。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，采集點的數量增多，若不對采集點進行處理，則導致繪出的圖像產生邊緣噪點。

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據的準確性，用逼近的方法處理帶有一定誤差的數據；用插值的方法處理非常準確的數據；若部分數據有誤差，部分數據準確，則選用擬合的方法。

上述過程將數據分為兩部分，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據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，保證數據的可靠性。

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樣條曲線，保證繪制的曲線平滑地經過每一個點，陡度上沒有突然的變化和尖角，確保繪制的滑順性。

4 實現

4.1 平臺

采用VS/MFC開發環境，MFC是VC++ 的核心，徹底封裝Windows應用程序開發包的功能和結構，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，會向窗口發出一個消息函數，應用程序將在消息響應函數中重繪，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，采用后緩沖區的方式，將窗口內容拷貝到dc中，要顯示的函數先繪制在內存虛擬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。

主要實現代碼如下：

CPaintDC dc（this）；CRect rect；GetClientRect（&rect）； //獲取對話框長寬CDC dcBmp； //定義并創建一個內存設備環境 CBitmap MemBitmap； //定義一個位圖對象dcBmp.CreateCompatibleDC（&dc）；//創建兼容性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境

4.3 數據

采集的離散點數據保存在bin文件中，每個點分別由X坐標、Y坐標、筆畫計數組成，其中筆畫用來判斷兩點是否相連，采集數據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 其它參數說明

其它參數說明如表1所示。

4.5 繪圖過程

繪制過程分為畫筆連續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，連接靜態數組point中已存點，將掃描點存入靜態數組point[0]，同時將計數器n重置為1，間隔k置為1，最后清空靜態數組point。畫筆連續時，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，暫時加入動態數組pt，間隔k加1；②若該掃描點為最后一點，調用DrawCurve算法繪圖，連接靜態數組point中已存點，將計數器n重置為0；否則，退出。

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

5 測試

將實現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，可見優化后的圖像比優化前更加平滑。

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，并運用到軟件開發中，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）