GAMES101作业4-贝塞尔曲线&OpenCV图像处理

末蓝、 2023-09-29 15:15 47阅读 0赞

**目录**

作业内容

实现代码

分段解析

mouse\_handler()函数

cv处理鼠标事件

naive\_bezier()

recursive\_bezier()递归找出点轨迹

main()函数

cvtColor()

图像色彩模式

参考

--------------------

## 作业内容 ##

![fcdc6bdadcd443f6a0ae3077c4737252.png][]

## 实现代码 ##

#include <chrono>
    #include <iostream>
    #include <opencv2/opencv.hpp>
    
    std::vector<cv::Point2f> control_points;//控制点-动态数组
    void mouse_handler(int event, int x, int y, int flags, void *userdata) 
    {
        if (event == cv::EVENT_LBUTTONDOWN && control_points.size() < 4) 
        {
            std::cout << "Left button of the mouse is clicked - position (" << x << ", "
            << y << ")" << '\n';
            control_points.emplace_back(x, y);
        }     
    }
    
    void naive_bezier(const std::vector<cv::Point2f> &points, cv::Mat &window) 
    {
        auto &p_0 = points[0];
        auto &p_1 = points[1];
        auto &p_2 = points[2];
        auto &p_3 = points[3];
    
        for (double t = 0.0; t <= 1.0; t += 0.001) 
        {
            auto point = std::pow(1 - t, 3) * p_0 + 3 * t * std::pow(1 - t, 2) * p_1 +
                     3 * std::pow(t, 2) * (1 - t) * p_2 + std::pow(t, 3) * p_3;
    
            window.at<cv::Vec3b>(point.y, point.x)[2] = 255;
        }
    }
    
    cv::Point2f recursive_bezier(const std::vector<cv::Point2f> &control_points, float t) 
    {
        int n = control_points.size();
        if (n == 1) return control_points[0];
        std::vector<cv::Point2f> res_control_points;
    
        for (int i = 0; i <n-1; i++) {
            res_control_points.push_back(cv::Point2f(
                (1 - t) * control_points[i].x + t * control_points[i + 1].x,
                (1 - t) * control_points[i].y + t * control_points[i + 1].y));
        }
        return recursive_bezier(res_control_points, t);
    
    }
    
    void bezier(const std::vector<cv::Point2f> &control_points, cv::Mat &window) 
    {
        // TODO: Iterate through all t = 0 to t = 1 with small steps, and call de Casteljau's 
        // recursive Bezier algorithm.
        for (double t = 0.0; t <= 1.0; t += 0.001)
        {
            cv::Point2f point = recursive_bezier(control_points, t);
            window.at<cv::Vec3b>(point.y, point.x)[1] = 255;
        }
    }
    
    int main() 
    {
        cv::Mat window = cv::Mat(700, 700, CV_8UC3, cv::Scalar(0));
        cv::cvtColor(window, window, cv::COLOR_BGR2RGB);
        cv::namedWindow("Bezier Curve", cv::WINDOW_AUTOSIZE);
    
        cv::setMouseCallback("Bezier Curve", mouse_handler, nullptr);
    
        int key = -1;
        while (key != 27) 
        {
            for (auto &point : control_points) 
            {
                cv::circle(window, point, 3, {255, 255, 255}, 3);
            }
    
            if (control_points.size() == 4) 
            {
                naive_bezier(control_points, window);
                bezier(control_points, window);
    
                cv::imshow("Bezier Curve", window);
                cv::imwrite("my_bezier_curve.png", window);
                key = cv::waitKey(0);
    
                return 0;
            }
    
            cv::imshow("Bezier Curve", window);
            key = cv::waitKey(20);
        }
    
    return 0;
    }

## 分段解析 ##

### mouse\_handler()函数 ###

void mouse_handler(int event, int x, int y, int flags, void *userdata) 
    {
        //event是鼠标事件：滑动，点击，双击等动作
        //x 鼠标点击点的横坐标
        //y 鼠标点击点的纵坐标
        //flags 鼠标拖拽以及键盘和鼠标联合事件：鼠标拖拽，按住ctrl不放等
        if (event == cv::EVENT_LBUTTONDOWN && control_points.size() < 4) 
        {
            std::cout << "Left button of the mouse is clicked - position (" << x << ", "
            << y << ")" << '\n';
            control_points.emplace_back(x, y);
        }     
    }

可以观察在用鼠标操作时，窗口会根据这个回调函数输出命令：

![57da6c13c2514ba7a55176310aad08e9.png][]

#### **cv处理鼠标事件** ####

**`setMouseCallback()`函数**是用来处理鼠标动作的函数，我们可以利用它来做有用的操作来处理鼠标动作，首先需要创建一个回调函数，当鼠标事件触发时，该函数执行。

Even包含：滑动，点击，放开，双击等；

详见参考：[OpenCV处理鼠标事件方法\_bubble\_story的博客][OpenCV_bubble_story]

### naive\_bezier() ###

void naive_bezier(const std::vector<cv::Point2f> &points, cv::Mat &window) 
    {
        auto &p_0 = points[0];
        auto &p_1 = points[1];
        auto &p_2 = points[2];
        auto &p_3 = points[3];
    
        for (double t = 0.0; t <= 1.0; t += 0.001) 
        {
            auto point = std::pow(1 - t, 3) * p_0 + 3 * t * std::pow(1 - t, 2) * p_1 +
                     3 * std::pow(t, 2) * (1 - t) * p_2 + std::pow(t, 3) * p_3;
            //img.at<cv::Vec3b>(int y, int x)代表(x, y)坐标的颜色明度
           //img.at<cv::Vec3b>(int y, int x)[] 012分别对应RGB值
            window.at<cv::Vec3b>(point.y, point.x)[2] = 255;
        }
    }

### recursive\_bezier()递归找出点轨迹 ###

cv::Point2f recursive_bezier(const std::vector<cv::Point2f> &control_points, float t) 
    {
        // TODO: Implement de Casteljau's algorithm
        //recrusive - 递归 这里是一个递归贝塞尔，要用到循环
        /*递归性质：
          1.控制点有三个；
          2.控制点形成两个线段，每个线段有一个点在运动，得到两个点；
          3.两个点在形成一个线段，这个线段也有一个点运动，得到一个点；
          4.最后这个点的运动轨迹就构成了贝塞尔曲线啦！
          5.假设我们得到n个控制点，形成n-1条线段 ——> 得到n-1个控制点，形成n-2个线段...
          循环，一直到最后一个线段上的一个控制点，这个控制点的轨迹就是曲线。
          于是，我们就需要递归循环了。
        */
        //在实现递归前需要确定两个变量：1.控制点的数量n 2.t的值
        int n = control_points.size();
        //如果n==1，则返回该点并终止
        if (n == 1) return control_points[0];
        //需要有个储存n-1控制点的动态数组vector，形式参考 std::vector<cv::Point2f> &control_points
        std::vector<cv::Point2f> res_control_points;
        //开始递归
        for (int i = 0; i <n-1; i++) {
            //添加新的n-1个控制点，根据公式给出坐标，push_back()是给vector容器末尾添加新元素
            res_control_points.push_back(cv::Point2f(
                (1 - t) * control_points[i].x + t * control_points[i + 1].x,
                (1 - t) * control_points[i].y + t * control_points[i + 1].y));
        }
        return recursive_bezier(res_control_points, t);
    
    }

![a87596d8ab0a4415a5f2c63af67f23a9.png][]

关于贝塞尔曲线可以参考文章，讲的很好： [从零开始学图形学：10分钟看懂贝塞尔曲线 - 知乎 (zhihu.com)][10_ - _ _zhihu.com]

### main()函数 ###

...
    int main() 
    {
        /*
        * 创建cv::Mat类对象
        * 700,700 - 矩阵的行和列
        * CV_8UC3 -  CV_是CvMat矩阵对应的格式，8UC表示图像文件格式是Unsigned 8bits，后面的3表示通道数
        * Scalar() - 是将图像设置成单一灰度&颜色,顺序RGB:Scalar(255)表示红色，Scalar(0,0,255)表示蓝色
        */
        cv::Mat window = cv::Mat(700, 700, CV_8UC3, cv::Scalar(150,0,0));
        /*
        * OpenCV提供了cvtColor()函数用于在图像中不同色彩空间进行转换
        * OpenCV默认的色彩图像的颜色空间是BGR
        * cv::BGR2RGB - BGR to RGB 转换成scalar遵循的RGB
        例如：如果没有这个，那么Scalar(150,0,0)输出的背景将会是蓝色
        */
        cv::cvtColor(window, window, cv::COLOR_BGR2RGB);
        cv::namedWindow("Bezier Curve", cv::WINDOW_AUTOSIZE);
    
        cv::setMouseCallback("Bezier Curve", mouse_handler, nullptr);
    
        int key = -1;
        while (key != 27) 
        {
            for (auto &point : control_points) 
            {
                /*cv2.circle(image, center_coordinates, radius, color, thickness)
                * image - 绘制到图像image上，这里是绘制在定义好的window窗口上
                * center_coordiantes - 圆心点
                * radius - 圆半径
                * color - 圆的颜色，这里{255,255,255}是白色
                * thickness - 线粗
                */
                cv::circle(window, point, 3, {255, 255, 255}, 3);
            }
    ...

#### cvtColor() ####

调用形式：

void cv::cvtColor(
    		cv::InputArray src, // 输入序列
    		cv::OutputArray dst, // 输出序列
    		int code, // 颜色映射码
    		int dstCn = 0 // 输出的通道数 (0='automatic')
    	);

**支持多种颜色空间的转换，具体参考：**[【OpenCV3】颜色空间转换——cv::cvtColor()详解\_PHILOS\_THU的博客][OpenCV3_cv_cvtColor_PHILOS_THU]

#### 图像色彩模式 ####

**（1）位图模式**

最基本的格式，图象只有黑白，0或1，色彩图想转变成黑白图，要首先将图像转换成灰度模式再进行转换。

**（2）灰度模式**

使用256级的灰度来表示图像，一个像素相当于占用8为一个字节，每个像素值使用0到255的亮度值代表，其中0为黑色，255为白色，相当于从黑->灰->白的过渡。

（3）RGB模式

RGB模式的图像有3个颜色通道，分布为红（Red）,绿（Green）和蓝（Bule），每个都占用8位一个字节来表示颜色信息，这样每个颜色的取值范围为0~255，那么就三种颜色就可以有多种组合。**三个值相等 - 灰色；三个值都为0 - 黑色；三个值都为255 - 白色。**

**（4）HSB模式**

根据日常生活中人眼的视觉对色彩的观察得而制定的一套色彩模式，最接近与人类对色彩的辨认的思考方式，所有的颜色都是用色彩三属性来描述

H:(色相）：是指从物体反射或透过物体传播的颜色

S:(饱和度)：是指颜色的强度或纯度，表示色相中灰色成分所占的比例

B:(亮度)：是指颜色对相对明暗程度，通常 100%定义为白色；0%为黑色

## 参考 ##

图像处理：[c++ opensv数字图像处理3：通过鼠标点击操作获取图像的像素坐标和像素值\_‭刘燚的博客][c_ opensv_3]

色彩模式：

[学习opencv之cvtColor\_Huo的藏经阁的博客-CSDN博客][opencv_cvtColor_Huo_-CSDN]

鼠标事件：

[OpenCV处理鼠标事件方法\_bubble\_story的博客][OpenCV_bubble_story]

贝塞尔曲线：

[从零开始学图形学：10分钟看懂贝塞尔曲线 - 知乎 (zhihu.com)][10_ - _ _zhihu.com]

[fcdc6bdadcd443f6a0ae3077c4737252.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/fcdc6bdadcd443f6a0ae3077c4737252.png
[57da6c13c2514ba7a55176310aad08e9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/57da6c13c2514ba7a55176310aad08e9.png
[OpenCV_bubble_story]: https://blog.csdn.net/bubble_story/article/details/80023599?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165303200216782388019576%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=165303200216782388019576&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~sobaiduend~default-1-80023599-null-null.142%5Ev10%5Econtrol,157%5Ev4%5Econtrol&utm_term=EVENT_LBUTTONDOWN&spm=1018.2226.3001.4187
[a87596d8ab0a4415a5f2c63af67f23a9.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/a87596d8ab0a4415a5f2c63af67f23a9.png
[10_ - _ _zhihu.com]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/344934774
[OpenCV3_cv_cvtColor_PHILOS_THU]: https://blog.csdn.net/guduruyu/article/details/68941554?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165303149816782390519138%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=165303149816782390519138&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~baidu_landing_v2~default-1-68941554-null-null.142%5Ev10%5Econtrol,157%5Ev4%5Econtrol&utm_term=COLOR_BGR2RGB&spm=1018.2226.3001.4187
[c_ opensv_3]: https://blog.csdn.net/qq_44785013/article/details/119701618?spm=1001.2101.3001.6650.1&utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~default-1-119701618-blog-108628540.pc_relevant_default&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2~default~CTRLIST~default-1-119701618-blog-108628540.pc_relevant_default&utm_relevant_index=2
[opencv_cvtColor_Huo_-CSDN]: https://blog.csdn.net/weixin_42730667/article/details/102299280?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522165303092716782248550633%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334..%2522%257D&request_id=165303092716782248550633&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~all~top_positive~default-1-102299280-null-null.142%5Ev10%5Econtrol,157%5Ev4%5Econtrol&utm_term=cvtColor&spm=1018.2226.3001.4187