基于改进的反走样图形算法的数字罗盘系统

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1、承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1数字罗盘图形介绍数字罗盘作为一种重要的导航工具，正在越来越多地应用于导航[1][2]和定位系统，当前大多数的导航系统都使用数字罗盘来指示方向。随着计算机

2、技术的发展，人们对数字罗盘图形的要求越来越高，图形的显示也越来越复杂。虽然目前有关数字罗盘图形的算法有很多，但是都存在或多或少的问题，本课题针对这些问题，在算法上作了较大的改进，并在这些改进的算法的基础上进行了编程实践，获得了很好的效果。1.2本课题研究内容[3][4]本课题主要在基于高性能的DSP和FPGA的硬件环境下，利用DirectDraw技术的仿真环境，重点对数字罗盘中的各类图形算法，特别是反走样算法进行研究。在探讨了图形的基本绘制算法之后，首先分析了两种直线的反走样算法：半球体模型加权区域采样反走样算法和Wuanti-aliased反走样算法。对这两种反走样算法的原

3、理和优缺点分别作了详细的分析和探讨。在以往图形反走样算法研究的基础上，进一步探讨了一种改进的子像素Bresenham反走样算法。具体的编程实践结果表明，和其它的反走样算法相比，利用这种算法所绘制的图形的静态显示效果和动画效果要好很多，说明这种改进的算法很好的解决了其它反走样算法在处理直线端点上的不精确和动画显示过程中的过渡不平滑等弊端。继而在此算法的基础上，系统的研究了其他图形的算法，例如圆、填充圆等，并且在细节处，提出了一些优化算法代码的策略和技巧。在第四章节中，探讨了字符图形。在字符图形处理方面，一改以往的点阵字符的显示方案，使用矢量法来显示字符，使得显示更加灵活，占用内

4、存更加少。首先分析了点阵字符的显示原理和一种反走样处理算法，并在其内存使用和动画显示效果等方面分析了其不足之处。为了更好的适应罗盘显示系统对字符显示的要求，采用了矢量法来存储和显示字符。采用矢量字符的过程中，为了能够高质量的显示字符1基于改进的反走样图形算法的数字罗盘系统里笔画的曲线，在分析了Bezier曲线的绘制原理之后，探讨了一种通过计算控制点的位置来有效的平滑曲线结合点的算法。之后，重点研究了如何高效的从windows字符库里面获得矢量字符的信息，并且保存在自己设计的矢量字符库里。最后通过结合改进的子像素Bresenham反走样算法，很好的实现了反走样的矢量字符，并给出

5、了部分实验过程中的图例。罗盘的动态实现，涉及到计算机动画技术，在文章的最后，介绍了计算机动画的几种显示技术。同时，针对数字罗盘显示系统的特殊性和嵌入式环境的特点，在已有的技术基础上，改进并提出一种新的动画显示方法。继而介绍了罗盘图形的仿真环境。罗盘显示的仿真环境采用了DirectDraw技术，这种技术的最大特点是逼近嵌入式开发环境，具备硬件设备无关性。在仿真环境下结合前几章介绍的一系列图形和字符的反走样算法，实现了高效高质量的反走样罗盘图形，并在章节的最后给出了使用反走样算法得到的罗盘图形的截图。2南京航空航天大学硕士学位论文第二章图形基本绘制算法及两种反走样绘制算法的分析2

6、.1计算机图形生成原理和基本图元的绘制算法计算机产生的图形可以分为二维图形和三维图形，二维图形又称为平面图形，三维图形又叫立体图形。实际上，三维图形还是基于二维图形来表示。2.1.1计算机图形生成原理一副图最简单的几何成分是点和直线，此外还有曲线、多边形区域以及字符等复杂几何图形。在输出设备上输出一个点，就是把应用程序中的坐标信息转换成所用输出设备的相应指令。对于一个CRT监视器来说，输出一个点就是要在指定的屏幕位置上开启（接通）电子束，使该位置上的荧光点变亮。对于光栅显示器来说，则是要将帧缓存中指定坐标位置处的值置为1，然后，当电子扫描每一条水平扫描线时，帧缓存中，值为1的

7、点，就发一亮光，即输出一个点。对于随机扫描显示器，画点的指令保存在显示文本中，该指令把坐标值转化为偏转电压，并在每一个刷新周期内，使电子束偏转到相应位置。2.1.2直线的生成和基本算法直线是图形显示中最基本的几何单元，生成的质量和速率直接影[5]响到整个图形的显示质量和速率，因此算法的实用和高效极其重要。[6][7]1.数值微分法（DDA）已知过端点P()x,y,P(xy)的直线段L({PP)，直线斜率为00011,10,1y−y10k=，画线过程从x的左端点x开始，向x右端点步进，步长为0x−x101