将绘图描述转换为位图的快速方法？

Posted 2023-02-22

【中文标题】将绘图描述转换为位图的快速方法？

【英文标题】：Fast way of converting a drawing description into a bitmap?

【发布时间】：2022-01-18 10:39:31

【问题描述】：

首先，不知道具体如何发布，甚至不知道在哪里问，所以请多多包涵。

在我们正在开发的软件中，我们有描述场景的形状......将其视为高度简化的 svg。在我们的例子中，我们只有矩形（半打，给或取），由它们的高度、宽度、旋转和中心位置定义。

我们需要用这种场景的图像（150x100px）以高频率（大约每 10 毫秒）渲染一个矩阵（即二维数组），但我找不到这样做的算法或库；我能做到的最好的事情是使用自制算法约 50 毫秒，但这还不够好。

我自己的算法大致可以：

drawing = [[0 for i in width] for _ in height]

for shape in shapes:
   __calculate_intersection(shape, 0, width, 0, height)


def __calculate_intersection(shape, x1, x2, y1, y2):
     global drawing
     if x1 == x2 or y1 == y2:
            return
     if x1 + 1 == x2 and y1 + 1 == y2:
            # If we are in a single cell, it is just 
            # checking whether the center of the cell is inside the object
            if drawing[x1][y1] == 0:
                if shape.is_point_in_obj(x1, y1):
                    drawing[x1][y1] = 100
            return

     if shape.bounding_box() does not touch our drawing:
            return 

     else:
            # if the area intersects the object bbox, 
            # then we iterate the recursion by dividing
            # the area along its longer side
            if i2 - i1 > j2 - j1:
                self.__calculate_intersection(o, i1, i1 + (i2 - i1) // 2, j1, j2)
                self.__calculate_intersection(o, i1 + (i2 - i1) // 2, i2, j1, j2)
            else:
                self.__calculate_intersection(o, i1, i2, j1, j1 + (j2 - j1) // 2)
                self.__calculate_intersection(o, i1, i2, j1 + (j2 - j1) // 2, j2)
            return

显然我需要一个更好的算法。外面有这样的东西吗？或者更好的是，是否有任何 Python 库来实现这个目标？还是我必须进行一些 GPU 编程？为什么 Tkinter Canvas 可以在不到 1 毫秒的时间内以高清质量渲染它，而我却在为这么简单的要求而苦恼？

【问题讨论】：

分享6个典型形状的参数和你的演绎如何...

150x100 像素很小，几乎没有足够的空间来绘制几个矩形。 10 毫秒的渲染时间似乎是永恒的。您需要对边缘进行抗锯齿处理吗？

【参考方案1】：

解决方案的简要说明：

计算四个顶点的坐标，并按Y递增排序（不需要全排序，有8种可能的排序）；

将多边形分成三个水平线区域（你会得到 2 个三角形和一个梯形）；

对于三个区域，在穿过它们的整数纵坐标处绘制所有水平线，并计算与斜边的两个交点；

填充交叉点之间的水平线。

【讨论】：

有很多可能的微优化。

【参考方案2】：

有很多方法。一种适用于这种情况的简单快速的方法是：

用 0s 初始化矩阵 对于每个形状： 对于形状接触的每条线： 为形状左边界的像素添加 +1。如果它不在图像的左边缘，则只需将 +1 添加到行首即可。 在形状右边界之后的像素上添加 -1。如果那会超出图像的右边缘，那么就跳过它。 （如果它不在左边缘，那么你不应该做这条线 - 形状不会碰到它）。 完成所有形状后，对于每一行： 计算每行的总和，将像素更改为 100（黑色），总和 > 0，和 0，总和 == 0。

这样，任何被形状覆盖的像素都将变为黑色。这非常快，因为您只处理单个形状的边缘，最后一次完成所有区域着色。