八叉树的实现

八叉树的实现

2008-11-29 17:30 1455人阅读 评论(1) 收藏 举报
systemnull存储

//Date : 2008/05/01

//Filename : octree.cpp

//Platform : VC++ 2005

//八叉树的实现

//功能：

//1、创建八叉树。

//此八叉树为满树，即所有节点/叶子全部创建。

//用户可以自定义此八叉树的深度和所处的三维场景中的位置。

//注a：由于创建树时为满树创建，故层数太大时创建时间可能会比较久，请耐心等待。

//注b：创建顺序为(1)上层左前节点-(2)上层右前节点-(3)上层右前节点-(4)上层右后节点

//-(5)下层左前节点-(6)下层右前节点-(7)下层右前节点-(8)下层右后节点-(1)-(2)……

//2、先序遍历八叉树。

//八叉树创建成功后用户可调用此子模块查看此八叉树，会显示每个结点的编号，值和在场景中的坐标。

//3、查看八叉树的深度。

//4、在场景中查找点。

//用户首先输入要查找的坐标。

//如果该点位于场景外则提示用户并返回，否则在场景中递归查找该点。

//找到后输出该点所处的子结点的坐标和递归次数。

#include <iostream>

using namespace std;

//定义八叉树节点类

template<class T>

struct OctreeNode

{

T data; //节点数据

T xmin,xmax; //节点坐标，即六面体个顶点的坐标

T ymin,ymax;

T zmin,zmax;

OctreeNode <T> *top_left_front,*top_left_back; //该节点的个子结点,即个子六面体

OctreeNode <T> *top_right_front,*top_right_back;

OctreeNode <T> *bottom_left_front,*bottom_left_back;

OctreeNode <T> *bottom_right_front,*bottom_right_back;

OctreeNode //节点类

(T nodeValue = T(),

T xminValue = T(),T xmaxValue = T(),

T yminValue = T(),T ymaxValue = T(),

T zminValue = T(),T zmaxValue = T(),

OctreeNode<T>* top_left_front_Node = NULL,

OctreeNode<T>* top_left_back_Node = NULL,

OctreeNode<T>* top_right_front_Node = NULL,

OctreeNode<T>* top_right_back_Node = NULL,

OctreeNode<T>* bottom_left_front_Node = NULL,

OctreeNode<T>* bottom_left_back_Node = NULL,

OctreeNode<T>* bottom_right_front_Node = NULL,

OctreeNode<T>* bottom_right_back_Node = NULL )

:data(nodeValue),

xmin(xminValue),xmax(xmaxValue),

ymin(yminValue),ymax(ymaxValue),

zmin(zminValue),zmax(zmaxValue),

top_left_front(top_left_front_Node),

top_left_back(top_left_back_Node),

top_right_front(top_right_front_Node),

top_right_back(top_right_back_Node),

bottom_left_front(bottom_left_front_Node),

bottom_left_back(bottom_left_back_Node),

bottom_right_front(bottom_right_front_Node),

bottom_right_back(bottom_right_back_Node){}

};

//创建八叉树

template <class T>

void createOctree(OctreeNode<T> * &root,int maxdepth,double xmin,double xmax,double ymin,double ymax,double zmin,double zmax)

{

cout<<"处理中，请稍候……"<<endl;

maxdepth=maxdepth-1; //每递归一次就将最大递归深度-1

if(maxdepth>=0)

{

root=new OctreeNode<T>();

root->data = 9; //为节点赋值，可以存储节点信息，如物体可见性。由于是简单实现八叉树功能，简单赋值为。

root->xmin=xmin; //为节点坐标赋值

root->xmax=xmax;

root->ymin=ymin;

root->ymax=ymax;

root->zmin=zmin;

root->zmax=zmax;

double xm=(xmax-xmin)/2;//计算节点个维度上的半边长

double ym=(ymax-ymin)/2;

double zm=(ymax-ymin)/2;

//递归创建子树，根据每一个节点所处（是几号节点）的位置决定其子结点的坐标。

createOctree(root->top_left_front,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymax-ym,ymax,zmax-zm,zmax);

createOctree(root->top_left_back,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymin,ymax-ym,zmax-zm,zmax);

createOctree(root->top_right_front,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymax-ym,ymax,zmax-zm,zmax);

createOctree(root->top_right_back,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymin,ymax-ym,zmax-zm,zmax);

createOctree(root->bottom_left_front,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymax-ym,ymax,zmin,zmax-zm);

createOctree(root->bottom_left_back,maxdepth,xmin,xmax-xm,ymin,ymax-ym,zmin,zmax-zm);

createOctree(root->bottom_right_front,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymax-ym,ymax,zmin,zmax-zm);

createOctree(root->bottom_right_back,maxdepth,xmax-xm,xmax,ymin,ymax-ym,zmin,zmax-zm);

}

}

int i=1;

//先序遍历八叉树

template <class T>

void preOrder( OctreeNode<T> * & p)

{

if(p)

{

cout<<i<<".当前节点的值为："<<p->data<<"/n坐标为：";

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

i+=1;

cout<<endl;

preOrder(p->top_left_front);

preOrder(p->top_left_back);

preOrder(p->top_right_front);

preOrder(p->top_right_back);

preOrder(p->bottom_left_front);

preOrder(p->bottom_left_back);

preOrder(p->bottom_right_front);

preOrder(p->bottom_right_back);

cout<<endl;

}

}

//求八叉树的深度

template<class T>

int depth(OctreeNode<T> *& p)

{

if(p == NULL)

return -1;

int h = depth(p->top_left_front);

return h+1;

}

//计算单位长度，为查找点做准备

int cal(int num)

{

int result=1;

if(1==num)

result=1;

else

{

for(int i=1;i<num;i++)

result=2*result;

}

return result;

}

//查找点

int maxdepth=0;

int times=0;

static double xmin=0,xmax=0,ymin=0,ymax=0,zmin=0,zmax=0;

int tmaxdepth=0;

double txm=1,tym=1,tzm=1;

template<class T>

void find(OctreeNode<T> *& p,double x,double y,double z)

{

double xm=(p->xmax-p->xmin)/2;

double ym=(p->ymax-p->ymin)/2;

double zm=(p->ymax-p->ymin)/2;

times++;

if(x>xmax || x<xmin || y>ymax || y<ymin || z>zmax || z<zmin)

{

cout<<"该点不在场景中！"<<endl;

return;

}

if(x<=p->xmin+txm && x>=p->xmax-txm && y<=p->ymin+tym && y>=p->ymax-tym && z<=p->zmin+tzm && z>=p->zmax-tzm )

{

cout<<endl<<"找到该点！"<<"该点位于"<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<"节点内！"<<endl;

cout<<"共经过"<<times<<"次递归！"<<endl;

}

else if(x<(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->bottom_left_back,x,y,z);

}

else if(x<(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->top_left_back,x,y,z);

}

else if(x>(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->bottom_right_back,x,y,z);

}

else if(x>(p->xmax-xm) && y<(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->top_right_back,x,y,z);

}

else if(x<(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->bottom_left_front,x,y,z);

}

else if(x<(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->top_left_front,x,y,z);

}

else if(x>(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z<(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->bottom_right_front,x,y,z);

}

else if(x>(p->xmax-xm) && y>(p->ymax-ym) && z>(p->zmax-zm))

{

cout<<"当前经过节点坐标："<<endl;

cout<<" xmin: "<<p->xmin<<" xmax: "<<p->xmax;

cout<<" ymin: "<<p->ymin<<" ymax: "<<p->ymax;

cout<<" zmin: "<<p->zmin<<" zmax: "<<p->zmax;

cout<<endl;

find(p->top_right_front,x,y,z);

}

}

//main函数

int main ()

{

OctreeNode<double> * rootNode = NULL;

int choiced = 0;

while(true)

{

system("cls");

cout<<"请选择操作：/n";

cout<<"1.创建八叉树 2.先序遍历八叉树/n";

cout<<"3.查看树深度 4.查找节点 /n";

cout<<"0.退出/n/n";

cin>>choiced;

if(choiced == 0)

return 0;

else if(choiced == 1)

{

system("cls");

cout<<"请输入最大递归深度："<<endl;

cin>>maxdepth;

cout<<"请输入外包盒坐标，顺序如下：xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax"<<endl;

cin>>xmin>>xmax>>ymin>>ymax>>zmin>>zmax;

if(maxdepth>=0 || xmax>xmin || ymax>ymin || zmax>zmin || xmin>0 || ymin>0 ||zmin>0)

{

tmaxdepth=cal(maxdepth);

txm=(xmax-xmin)/tmaxdepth;

tym=(ymax-ymin)/tmaxdepth;

tzm=(zmax-zmin)/tmaxdepth;

createOctree(rootNode,maxdepth,xmin,xmax,ymin,ymax,zmin,zmax);

}

else

{

cout<<"输入错误！";

return 0;

}

}

else if(choiced == 2)

{

system("cls");

cout<<"先序遍历八叉树结果：/n";

i=1;

preOrder(rootNode);

cout<<endl;

system("pause");

}

else if(choiced == 3)

{

system("cls");

int dep = depth(rootNode);

cout<<"此八叉树的深度为"<<dep+1<<endl;

system("pause");

}

else if(choiced == 4)

{

system("cls");

cout<<"请输入您希望查找的点的坐标，顺序如下：x,y,z/n";

double x,y,z;

cin>>x>>y>>z;

times=0;

cout<<endl<<"开始搜寻该点……"<<endl;

find(rootNode,x,y,z);

system("pause");

}

else

{

system("cls");

cout<<"/n/n错误选择！/n";

system("pause");

}

}

}