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官厌 发表于 6 天前

随机 terazzo 生成器

前言文章基本思路来自：James Routley
其中，判断点是否在多边形内的算法来自：PNPOLY – Point Inclusion in Polygon Test – WR Franklin (WRF)
本代码中的颜色来自于：RGB颜色值与十六进制颜色码转换工具，并使用RGB与十六进制与RGB565颜色转换工具转换为RGB565代码。（坦白说，我还挺喜欢这些颜色的，比莫奈色系要更鲜艳一点）
想要实现本文代码，你至少需要自己实现有如下功能的函数：绘制直线、绘制点、随机数。

Terazzo 是一种通过将小的彩色碎屑粘合在水泥中制成的材料。凝固后，对其进行切割和抛光，露出由木屑制成的图案。它在用为装饰性随机背景时有不错的表现。
本程序的原理：通过随机产生不重叠的圆，并在圆内内接一个多边形，即可确保生成的多边形是凸多边形且互不交叉。
图为原理演示图。由于画圆函数无法正确处理负数坐标，出现了重叠的情况。以及它的最终效果看起来是这样的：
下面是代码：
terazzo.h#ifndef TERAZZO_H
#define TERAZZO_H

#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <stdio.h>

#define Pink                0xfe19//粉色
#define LavenderBlush       0xff9e//脸红的淡紫色
#define Thistle             0xddfb//蓟
#define MediumSlateBlue   0x7b5d//适中的板岩暗蓝灰色
#define Lavender            0xe73f//熏衣草花的淡紫色
#define CornflowerBlue      0x64bd//矢车菊的蓝色
#define LightSteelBlue      0xb63b//淡钢蓝
#define LightCyan         0xe7ff//淡青色
#define Auqamarin         0x7ff5//绿玉\碧绿色
#define Khaki               0xf731//卡其布
#define Moccasin            0xff36//鹿皮鞋
#define LightSalmon         0xfd0f//浅鲜肉(鲑鱼)色
#define LightCoral          0xf410//淡珊瑚色



typedef struct {
    uint8_t r;
    uint16_t x;
    uint16_t y;
}Circle;

extern uint16_t terazzo_COLORS;


/*清空画布*/
void init_terazzo(void);

/* 在指定大小的画布内（尽可能地）画指定数量的多边形 */
void update_terazzo(uint16_t width,uint16_t height,uint16_t num);


#endifterazzo.c#include "./BSP/terazzo/terazzo.h"

Circle c={0};             //圆集合
uint16_t cnum=0;                //圆个数
uint16_t terazzo_COLORS={Pink,LavenderBlush,Thistle,MediumSlateBlue,Lavender,CornflowerBlue,LightSteelBlue,LightCyan,Auqamarin,Khaki,Moccasin,LightSalmon,LightCoral};

uint16_t p_width=320,p_height=480;    //画布宽度

void init_terazzo(void){
    //c={0};
    cnum=0;
    lcd_clear(g_back_color);
}

int terazzo_Random(int n)
{
    srand(SysTick->VAL+n);                      /* 半主机模式下使用time函数会报错，在这里用系统定时器的值替代 */
    return rand() % 1000;
}
int check_circle(Circle *circle){
    for(int i=0;i<cnum;i++){
      int x=circle->x-c.x;
      int y=circle->y-c.y;
      if((x*x+y*y)<pow(circle->r+c.r,2)){
            //printf("0");
            return 0;
      }
    }
    //printf("check_success\n");
    return 1;
}

/*
返回一个不与其它圆重叠的圆，如果返回的圆半径为0，说明找不到这种圆
*/
Circle create_circle(){
    Circle cir;
    int r=0;
    do{
      cir.r=terazzo_Random(r+=10)%45+10;
      cir.x=terazzo_Random(r+=10)%p_width;
      cir.y=terazzo_Random(r+=10)%p_height;
      
    }while(!check_circle(&cir)&&(r<3000));
    if(!check_circle(&cir)){
      //printf("creat_error\n");
      cir.r=0;
    }
    //printf("\n%d %d\n",cir.x,cir.y);
    //printf("creat_success\n");
    return cir;
}


/*
填充指定圆里的多边形，采用逐行扫描填充算法，圆的边界坐标用勾股定理获得。
（Bresenham算法没学会）
按照从左到右、从上到下的方法扫描

注意，本函数的边界判断有很大漏洞。
*/
void terazzo_scan_fill_color(Circle cir,uint16_t color){
    for(int i=0;i<=cir.r;i++){
      if(i<0)i=0;
      if(i>=p_width)i=p_width-1;
      int h =sqrt(cir.r*cir.r-pow(cir.r-i,2)); //计算扫描长度
      uint8_t last_point = 0;
      uint8_t b = 0;
      
      for(int j=cir.y-h;j<cir.y+h;j++){   //左边
            
            int ty = j;
            if(ty<0)ty=0;
            if(ty>=p_height)ty=p_height-1;         //判断是否越界
            
            int tx=cir.x-cir.r+i;
            if(tx<0)tx=0;
            if(tx>=p_width)tx=p_width-1;
            
            if(lcd_read_point(tx,ty)==color){   //扫描到彩色
                if(!last_point){                //上一个点不是彩色，说明这个点是边界
                  b=!b;                     //切换填色
                  last_point=1;
                }
            }else{
                last_point=0;
            }
            if(b){
                lcd_draw_point(cir.x-cir.r+i,j,color);
            }
      }
      
      b = 0;
      last_point = 0;
      
      for(int j=cir.y-h;j<cir.y+h;j++){   //右边
            
            int ty = j;
            if(ty<0)ty=0;
            if(ty>=p_height)ty=p_height-1;         //判断是否越界
            
            int tx=cir.x+cir.r-i;
            if(tx<0)tx=0;
            if(tx>=p_width)tx=p_width-1;
            
            if(lcd_read_point(tx,ty)==color){ //扫描到彩色
                if(!last_point){//上一个点不是彩色，说明这个点是边界
                  b=!b;                //切换填色
                  last_point=1;
                }
               
            }else{
                last_point=0;
            }
            if(b){
                lcd_draw_point(cir.x+cir.r-i,j,color);
            }
      }
      printf("fill,%d\n",h);
    }
   
}



/*此算法由W. Randolph Franklin提出*/
/*参考链接：https://wrfranklin.org/Research/Short_Notes/pnpoly.html*/
uint8_t terazzo_pnpoly(int nvert, uint16_t *vertx, uint16_t *verty, uint16_t testx, uint16_t testy)
{
uint16_t i, j, c = 0;
for (i = 0, j = nvert-1; i < nvert; j = i++) {
    if ( ((verty>testy) != (verty>testy)) &&
    (testx < (vertx-vertx) * (testy-verty) / (verty-verty) + vertx) )
       c = !c;
}
return c;
}

/*
采用判断点是否在多边形的内部，从而上色。
nvert:顶点数
vertx/y：存有顶点坐标的数组
*/
void terazzo_vector_fill_color(Circle cir,uint16_t color,uint8_t nvert, uint16_t *vertx, uint16_t *verty){
    for(int i=0;i<=cir.r*cir.r;i++){
      int h =sqrt(cir.r*cir.r-pow(cir.r-i,2)); //计算扫描长度
      for(int j=cir.y-h;j<=cir.y+h;j++){
            
            int ty = j;
            if(ty<0)ty=0;
            if(ty>=p_height)ty=p_height-1;         //判断是否越界
            
            int tx=cir.x+cir.r-i;
            if(tx<0)tx=0;
            if(tx>=p_width)tx=p_width-1;
            
            if(OLED_pnpoly(nvert,(short *)vertx,(short *)verty,tx,j)){
                //printf("");
                lcd_draw_point(tx,j,color);
            }
      }
    }
}


/*
在一个给定的圆里选取随机的点，并按指定的颜色连线

内部连线方式：先随机产生3~6个弧度值，并按大小排序。
    然后按照排序顺序生成点坐标并连线。
这样可以确保生成的连线不会交叉。
*/

void link_point(Circle *cir,uint16_t color){
    if(cir->r==0){
      //printf("draw_error\n");
      return;
    }
   
    int zeta_num = terazzo_Random(cir->x+cir->y) % 5 + 3;
    float zeta;
   
    for(int i=0;i<zeta_num;i++){
      zeta = terazzo_Random(i+cir->x+cir->y)%628/100.0f;//生成弧度值
    }
   
    /* 选择排序，小的在前 */
    for(int i=0;i<zeta_num;i++){
      int z=zeta_num-1;
      for(int j=zeta_num-1;j>=i;j--){
            if(zeta>zeta){
                z=j;
            }
      }
      float t=zeta;
      zeta=zeta;
      zeta=t;
    }
   
    int16_t pointx,pointy;
    /* 生成点坐标 */
    for(int i=0;i<zeta_num;i++){
      pointx=(cir->x-cir->r*cos(zeta));
      pointy=(cir->y-cir->r*sin(zeta));
      if(pointx>=p_width){
            pointx=p_width-1;
      }
      if(pointy>=p_height){
            pointy=p_height-1;
      }
      if(pointx<0){
            pointx=0;
      }
      if(pointy<0){
            pointy=0;
      }
    }
   
    /* 连线 */
    for(int i=0;i<zeta_num;i++){
      lcd_draw_line(pointx,pointy,pointx[(i+1)%zeta_num],pointy[(i+1)%zeta_num],color);
    }
    terazzo_vector_fill_color(*cir,color,zeta_num,(uint16_t *)pointx,(uint16_t *)pointy);
    //lcd_draw_circle(cir->x,cir->y,cir->r,RED);
    c=*cir;
    //printf("draw：%d\n",cnum);
}


/*
在指定大小的画布内（尽可能地）画指定数量的多边形
`*/
void update_terazzo(uint16_t width,uint16_t height,uint16_t num){
    p_width=width;
    p_height=height;
    Circle cir;
    for(int i=0;i<num;i++){
      cir=create_circle();
      
      link_point(&cir,terazzo_COLORS);
      
    }
    printf("%d\n",cnum);
}勾股定理算圆心距离，与半径和比较判断两圆位置关系。
Circle create_circle();

int check_circle(Circle *circle){
    for(int i=0;i<cnum;i++){
      int x=circle->x-c.x;
      int y=circle->y-c.y;
      if((x*x+y*y)<pow(circle->r+c.r,2)){
            return 0;
      }
    }
    return 1;
}值得注意的是对生成的弧度值进行排序：这是为了防止在连线的时候生成形如沙漏的自交叉的多边形。
如果你不想生成过于细长的形状，可以在函数第16行改为【上一次产生的弧度值+随机值+合适的常数】来规定两个点之间的最小距离。注意别超过2Π。
void update_terazzo(uint16_t width,uint16_t height,uint16_t num);

/* 在指定大小的画布内（尽可能地）画指定数量的多边形`*/void update_terazzo(uint16_t width,uint16_t height,uint16_t num){    p_width=width;    p_height=height;    Circle cir;    for(int i=0;i

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