八叉树 ( 2 )

*
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");
}
}
}