基于MFC的手绘图形实时去噪研究与应用

隋雪洁+高林+杨伟+万国超+刘贵彬

摘 要：分析了离散点数据的一般处理方法，针对慢速手绘图形产生的边缘噪点问题，提出一种适用于实时生成图形的预处理算法，对采集的数据点进行实时筛选插值，以保证数据准确可靠。在MFC中进行实现，并将其应用于软件开发，测试表明该算法绘图效果改善极大，慢速手绘图形平滑且不失真。

关键词关键词：离散点；MFC；GDI；插值；边缘噪点

DOIDOI：10.11907/rjdk.161468

中图分类号：TP317.4

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2016）008-0183-03

0 引言

无论是科学研究还是实际生产中，人们通过采集、测量或者实验会获得很多数据，通常情况下，这些数据都是离散的，很难直接从一大堆离散数据中找到它们的内在联系。随着计算机图形学的发展，离散数据的重建与可视化得到越来越广泛的研究与应用，主要是对数据进行插值、拟合形成曲线或曲面，用图形图像的方式表现出来。本文结合实际需求，针对手绘图形实时输出产生的噪点问题，提出一种新的研究方法，对干扰点进行处理，并在MFC中实现。实验证明，该方法能够很好地应用于手绘图形生成中。

1 问题阐述

激光笔打在手绘板上进行绘图，采样画笔的采样频率固定不变，快速书写时点与点之间的間隔大，采集的样点相对精确，所绘出的图像圆滑，可以被视觉所接受。但在实际操作中，手绘迅速程度无法保证，当笔触放慢时，点与点的间隔很小，相同时间段内，采集点的数量增多，若不对采集点进行处理，则导致绘出的图像产生边缘噪点。

2 离散点处理技术

离散点是一些孤立的点集，每个元素之间都有一定的间距，在二维或者三维空间上无规律分布，复杂程度不一[1]。

目前，国内外学者主要用3种技术对离散点进行处理，选择何种方法取决于数据的准确性，用逼近的方法处理带有一定误差的数据；用插值的方法处理非常准确的数据；若部分数据有误差，部分数据准确，则选用拟合的方法。

上述过程将数据分为两部分，在阈值范围以内的不做处理，若将不合阈值的点全部删除，曲线会更加平滑，但直接删除的后果是数据的误差导致图像失真，因此，该部分暂留点进行分析后再加以精确，保证数据的可靠性。

考虑到笔画的趋势问题，将点按照方位进行处理，以本次保留点为原点，下一保留点为终点，两点连线作为参考向量，计算其余点向量与之夹角，夹角越小，与用户绘制图形相关性越大，反之，夹角太大，则极有可能为干扰点。

定义相邻保留点的中点坐标为（x，y），干扰点坐标为（xj，yj），w1=0.5，与参照线直线夹角余弦值为w2，若w2>w1将本部分点再次删减，以距离加权的方式计算其余采集点的估计值remain，插入相应保留点位置。

当前对已有离散点做好预处理，运用GDI的DrawCurve算法，通过一定的张力，将最终保留点连接为基数样条曲线，保证绘制的曲线平滑地经过每一个点，陡度上没有突然的变化和尖角，确保绘制的滑顺性。

4 实现

4.1 平台

采用VS/MFC开发环境，MFC是VC++ 的核心，彻底封装Windows应用程序开发包的功能和结构，提供一个应用程序框架，并继承C++绘图方面的优点，结合图形设备接口GDI，处理所有Windows程序的图形输出。MFC提供了两种重要的类以支持GDI绘图，一是用于设置绘图属性和绘制图形的设备环境DC类，二是各种GDI绘图对象的绘图对象类[2]。

4.2 双缓冲机制

Windows需要重画窗口时，会向窗口发出一个消息函数，应用程序将在消息响应函数中重绘，导致屏幕不停闪烁，绘图效率低，CPU占用率高，还有可能导致程序崩溃[3]。因此对于本次复杂绘图，采用后缓冲区的方式，将窗口内容拷贝到dc中，要显示的函数先绘制在内存虚拟dc上。为方便调用，dc作为一个全局的变量存在，当所有操作完成后，再将内容复制到屏幕，实质上只是在OnPaint里贴图，解决屏幕闪烁问题。

主要实现代码如下：

CPaintDC dc（this）；CRect rect；GetClientRect（&rect）； //获取对话框长宽CDC dcBmp； //定义并创建一个内存设备环境 CBitmap MemBitmap； //定义一个位图对象dcBmp.CreateCompatibleDC（&dc）；//创建兼容性DC MemBitmap.CreateCompatibleBitmap（&dc，rect.Width（），rect.Height（））；//建立一个与屏幕显示兼容的位图，将位图选入临时内存设备环境

4.3 数据

采集的离散点数据保存在bin文件中，每个点分别由X坐标、Y坐标、笔画计数组成，其中笔画用来判断两点是否相连，采集数据部分点的存储信息如图1所示。

定义点的结构体：

typedef struct Po_s{ unsigned int x； 横坐标值 unsigned int y； 纵坐标值 unsigned int down； 笔尖抬起与否的标志}Po

4.4 其它参数说明

其它参数说明如表1所示。

4.5 绘图过程

绘制过程分为画笔连续和画笔抬起两种情况，分别做不同处理。画笔抬起时，调用DrawCurve算法绘图，连接静态数组point中已存点，将扫描点存入静态数组point[0]，同时将计数器n重置为1，间隔k置为1，最后清空静态数组point。画笔连续时，过程相对复杂，处理如下：

（1）扫描点间距小于阈值。①将该点删除，暂时加入动态数组pt，间隔k加1；②若该扫描点为最后一点，调用DrawCurve算法绘图，连接静态数组point中已存点，将计数器n重置为0；否则，退出。

（2）扫描点间距大于等于阈值。①若删除点数量num超过或等于12个（经反复试验的最优临界值）：将动态数组pt中的点取出，按算法求取估计点，加入静态数组point； 将计数器n加1，num置为0，间隔k置为1。若计数器n等于5，绘图，并将均值点存入point[0]，将计数器n置为1，否则退出；若删除点数量num小于7个，直接退出；②将扫描点存入静态数组point，计数器n加1，间隔k置为1，动态数组pt清空；③若计数器n等于5，绘图，将扫描点存入point[0]，计数器置为1，间隔k置为1，动态数组pt清空；否则（计数器n<5），若该扫描点为最后一点，调用DrawCurve算法绘图，连接靜态数组point中已存点，将计数器n重置为0；④否则，进行下一次点的循环扫描。

5 测试

将实现的算法应用于慢速绘图，用几种不同笔触走向的图形进行测试，与未处理图像比较，边缘噪点去除效果显著且不失真。曲线、直线、汉字的测试结果对比分别如图2～图4所示，可见优化后的图像比优化前更加平滑。

6 结语

本文将一般离散点处理方式与实际问题相结合，针对实时生成的图形，研究一种新型离散点的预处理方法，拓宽了直接曲线拟合方式的适用空间。在MFC中加以实现，并运用到软件开发中，对不同类型的笔画进行反复测试，达到了理想效果，笔画连接更加正确、顺畅。

参考文献：

[1]蔡德福，石东源，李高望，等.基于输入随机变量离散数据的概率潮流计算方法[J].电网技术，2013（9）：2475-2479.

[2]黄琛.基于MFC的绘图软件设计与实现[J].电脑知识与技术，2013（10）：2345-2348.

[3]江建国，温少营，张瑞楠.基于双缓冲技术的GDI+无闪烁绘图[J].计算机应用，2012（12）：137-139.

[4]苏江宽，基于B样条的图像插值算法研究[D].广州：广东工业大学，2014（6）：12-16.

[5]顾天奇，张雷，冀世军，等.封闭离散点的曲线拟合方法[J].吉林大学学报，2015（3）：438-441.

[6]谢裕敏，舒辉，陈建敏，等.MFC消息响应函数的逆向定位[J].计算机应用，2009（5）：1394-1396.

[7]蔡山，张浩，陈洪辉，等.基于最小二乘法的分段三次曲线拟合方法研究[J].科学技术与工程，2007（2）：353-355.

[8]MU GUOWANG，DAI SHIJIE.Reconstruction of B-spline surface by interpolating boundary curves and approximating inner points[J].Computer Aided Drafting，Design and Manufacturing，2012（3）：32-34.

（责任编辑：孙 娟）