平面區域填充算法是計算機圖形學領域的一個很重要的算法，區域填充即給出一個區域的邊界（也可以是沒有邊界，只是給出指定顏色），要求將邊界范圍內的所有象素單元都修改成指定的顏色（也可能是圖案填充）。區域填充中最常用的是多邊形填色，本文中我們就討論幾種多邊形區域填充算法。
一、種子填充算法（Seed Filling）
如果要填充的區域是以圖像元數據方式給出的，通常使用種子填充算法（Seed Filling）進行區域填充。種子填充算法需要給出圖像數據的區域，以及區域內的一個點，這種算法比較適合人機交互方式進行的圖像填充操作，不適合計算機自動處理和判斷填色。根據對圖像區域邊界定義方式以及對點的顏色修改方式，種子填充又可細分為幾類，比如注入填充算法（Flood Fill Algorithm）、邊界填充算法（Boundary Fill Algorithm）以及為減少遞歸和壓棧次數而改進的掃描線種子填充算法等等。
所有種子填充算法的核心其實就是一個遞歸算法，都是從指定的種子點開始，向各個方向上搜索，逐個像素進行處理，直到遇到邊界，各種種子填充算法只是在處理顏色和邊界的方式上有所不同。在開始介紹種子填充算法之前，首先也介紹兩個概念，就是“4-聯通算法”和“8-聯通算法”。既然是搜索就涉及到搜索的方向問題，從區域內任意一點出發，如果只是通過上、下、左、右四個方向搜索到達區域內的任意像素，則用這種方法填充的區域就稱為四連通域，這種填充方法就稱為“4-聯通算法”。如果從區域內任意一點出發，通過上、下、左、右、左上、左下、右上和右下全部八個方向到達區域內的任意像素，則這種方法填充的區域就稱為八連通域，這種填充方法就稱為“8-聯通算法”。如圖1（a）所示，假設中心的藍色點是當前處理的點，如果是“4-聯通算法”，則只搜索處理周圍藍色標識的四個點，如果是“8-聯通算法”則除了處理上、下、左、右四個藍色標識的點，還搜索處理四個紅色標識的點。兩種搜索算法的填充效果分別如如圖1（b）和圖1（c）所示，假如都是從黃色點開始填充，則“4-聯通算法”如圖1（b）所示只搜索填充左下角的區域，而“8-聯通算法”則如圖1（c）所示，將左下角和右上角的區域都填充了。
圖（1） “4-聯通”和“8-聯通”填充效果
并不能僅僅因為圖1的填充效果就認為“8-聯通算法”一定比“4-聯通算法”好，應該根據應用環境和實際的需求選擇聯通搜索方式，在很多情況下，只有“4-聯通算法”才能得到正確的結果。
1.1 注入填充算法（Flood Fill Algorithm）
注入填充算法不特別強調區域的邊界，它只是從指定位置開始，將所有聯通區域內某種指定顏色的點都替換成另一種顏色，從而實現填充效果。注入填充算法能夠實現顏色替換之類的功能，這在圖像處理軟件中都得到了廣泛的應用。注入填充算法的實現非常簡單，核心就是遞歸和搜索，以下就是注入填充算法的一個實現：
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void FloodSeedFill(int x, int y, int old_color, int new_color){ if(GetPixelColor(x, y) == old_color) { SetPixelColor(x, y, new_color); for(int i = 0; i < COUNT_OF(direction_8); i++) { FloodSeedFill(x + direction_8[i].x_offset, y + direction_8[i].y_offset, old_color, new_color); } }} |
for循環實現了向8個聯通方向的遞歸搜索，秘密就在direction_8的定義：
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typedef struct tagDIRECTION{int x_offset;int y_offset;}DIRECTION; |
DIRECTION direction_8[] = { {-1, 0}, {-1, 1}, {0, 1}, {1, 1}, {1, 0}, {1, -1}, {0, -1}, {-1, -1} };
這個是搜索類算法中常用的技巧，無需做太多說明，其實只要將其替換成如下direction_4的定義，就可以將算法改成4個聯通方向填充算法：
80 DIRECTION direction_4[] = { {-1, 0}, {0, 1}, {1, 0}, {0, -1} };
圖2就是應用本算法實現的“4-聯通”和“8-聯通”填充效果：
圖（2） 注入填充算法實現
1.2 邊界填充算法（Boundary Fill Algorithm）
邊界填充算法與注入填充算法的本質其實是一樣的，都是遞歸和搜索，區別只在于對邊界的確認，也就是遞歸的結束條件不一樣。注入填充算法沒有邊界的概念，只是對聯通區域內指定的顏色進行替換，而邊界填充算法恰恰強調邊界的存在，只要是邊界內的點無論是什么顏色，都替換成指定的顏色。邊界填充算法在應用上也非常的廣泛，畫圖軟件中的“油漆桶”功能就是邊界填充算法的例子。以下就是邊界填充算法的一個實現：
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void BoundarySeedFill(int x, int y, int new_color, int boundary_color){ int curColor = GetPixelColor(x, y); if( (curColor != boundary_color) && (curColor != new_color) ) { SetPixelColor(x, y, new_color); for(int i = 0; i < COUNT_OF(direction_8); i++) { BoundarySeedFill(x + direction_8[i].x_offset, y + direction_8[i].y_offset, new_color, boundary_color); } }} |
關于direction_8的說明請參考上一節，圖3就是應用本算法實現的“4-聯通”和“8-聯通”填充效果（其中顏色值是1的點就是指定的邊界）：
圖（3） 邊界填充算法實現
以上就是本文的全部內容，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對服務器之家的支持。
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