計算機圖形學9(陳永強)

1、第九章 消隱基本概念深度緩存器算法區(qū)間掃描線算法深度排序算法區(qū)域細分算法光線投射算法BSP樹算法多邊形區(qū)域排序算法OpenGL中的消隱1基本概念物體的消隱或隱藏線面的消除：在給定視點和視線方向后，決定場景中哪些物體的表面是可見的，哪些是被遮擋不可見的。2基本概念消隱算法按實現(xiàn)方式分類圖像空間消隱算法以屏幕像素為采樣單位，確定投影于每一像素的可見景物表面區(qū)域，并將其顏色作為該像素的顯示顏色。如深度緩沖器算法、A緩沖器算法、區(qū)間掃描線算法等。3基本概念景物空間消隱算法直接在景物空間（觀察坐標系）中確定視點不可見的表面區(qū)域，并將它們表達成同原表面一致的數(shù)據(jù)結構。如BSP算法、多邊形區(qū)域排序算法等。介

2、于二者之間的算法，如深度排序算法、區(qū)域細分算法、光線投射算法等。4基本概念基本的原則排序：各景物表面按照距離視點遠近排序的結果，用于確定消隱對象之間的遮擋關系。連貫性：連貫性是指所考察的物體或視區(qū)內(nèi)的圖像局部保持不變的一種性質(zhì)，用于提高排序效率。59.1 深度緩存器算法（ Z-buffer）圖像空間消隱算法之一基本原理幀緩存：保存各點的顏色。Z緩存：保存屏幕坐標系上各象素點所對應的深度值。6深度緩存器算法（ Z-buffer）圖9.1 深度緩存器算法的原理7深度緩存器算法（ Z-buffer）算法步驟初始化：把Z緩存中各(x,y)單元置為z的最小值，而幀緩存各(x,y)單元置為背景色。在把物體

3、表面相應的多邊形掃描轉換成幀緩存中的信息時，對于多邊形內(nèi)的每一采樣點(x,y)進行處理：8深度緩存器算法（ Z-buffer）計算采樣點(x,y)的深度z(x,y)；如z(x,y)大于Z緩存中在(x,y)處的值，則把z(x,y)存入Z緩存中的(x,y)處，再把多邊形在z(x,y)處的顏色值存入幀緩存的(x,y)地址中。9深度緩存器算法（ Z-buffer）如何計算采樣點(x,y)的深度z(x,y)。假定多邊形的平面方程為：Ax+By+Cz+D=0。10深度緩存器算法（ Z-buffer）圖9.2 利用掃描線的連貫性加速深度的計算11深度緩存器算法（ Z-buffer）掃描線上所有后繼點的深度值

4、：當處理下一條掃描線y=y-1時，該掃描線上與多邊形相交的最左邊（x最小）交點的x值可以利用上一條掃描線上的最左邊的x值計算：12深度緩存器算法（ Z-buffer）掃描線深度緩存器算法13深度緩存器算法（ Z-buffer）優(yōu)點簡單便于硬件實現(xiàn)缺點占用太多的存儲單元在實現(xiàn)反走樣、透明和半透明等效果方面有困難149.2 區(qū)間掃描線算法圖像空間消隱算法之一避免對被遮擋區(qū)域的采樣是進一步提高掃描線算法計算效率的關鍵。圖9.3 區(qū)間掃描線算法原理15區(qū)間掃描線算法算法三張表：邊表、多邊形表、有效邊表。分割子區(qū)間，確定子區(qū)間上的唯一可見面。圖9.4 掃描線子區(qū)間16區(qū)間掃描線算法特殊情形貫穿情形：為了

5、使算法能處理互相貫穿的多邊形，掃描線上的分割點不僅應包含各多邊形的邊與掃描線的交點，而且應包含這些貫穿邊界與掃描線的交點。17區(qū)間掃描線算法循環(huán)遮擋：將多邊形進行劃分以消除循環(huán)遮擋。圖9.5 多邊形貫穿和循環(huán)遮擋的情形189.3 深度排序算法（畫家算法）介于圖像和景物空間消隱算法算法原理：算法約定距視點近的優(yōu)先級高，距視點遠的優(yōu)先級低。生成圖像時，優(yōu)先級低的多邊形先畫，優(yōu)先級高的多邊形后畫。這樣，后畫的多邊形就會將先畫的多邊形遮擋住，從而達到消隱的效果。算法的關鍵是多邊形排序。199.4 區(qū)域細分算法介于圖像和景物空間消隱算法算法原理：考察投影平面上的一塊區(qū)域，如果可以很“容易”地判斷覆蓋該區(qū)

6、域中的哪個或哪些多邊形是可見的，則可按這些多邊形的光照屬性和幾何位置計算確定子區(qū)域內(nèi)各像素的顯示顏色；否則就將這塊區(qū)域細分為若干較小的區(qū)域，并把上述推斷原則遞歸地應用到每個較小的區(qū)域中去。20區(qū)域細分算法多邊形的分類圖9.6 多邊形的投影與考察區(qū)域之間的關系21區(qū)域細分算法可見性測試所有多邊形均是該區(qū)域的分離多邊形，于是可直接將該區(qū)域中的所有像素點置為背景顏色。針對該區(qū)域，僅存在一個相交多邊形，或僅存在一個被包含多邊形，或僅存在一個圍繞多邊形。則可先將該區(qū)域中的所有像素點置為背景顏色，再將相應多邊形的顏色值填入對應像素點的幀緩存中。22區(qū)域細分算法針對該區(qū)域，有多于一個的相交多邊形、被包含多邊

7、形或圍繞多邊形，則計算所有圍繞的、相交的、以及被包含的多邊形在該區(qū)域4個頂點處的z坐標，如果存在一個圍繞多邊性，它的4個z坐標比其它任何多邊性的z坐標都大（最靠近視點），那么，可將該區(qū)域中的所有像素點置為該多邊形的顏色值。23區(qū)域細分算法圖9.7 滿足測試條件3的兩個例子249.5 光線投射算法介于圖像和景物空間消隱算法算法原理圖9.8 光線投射算法25光線投射算法算法步驟通過視點和投影平面（顯示屏幕）上的所有像素點作一入射線，形成投影線。將任一投影線與場景中的所有多邊形求交。若有交點，則將所有交點按z值的大小進行排序，取出最近交點所屬多邊形的顏色；若沒有交點，則取出背景的顏色。將該射線穿過的像素點置為取出的顏色。269.6 BSP樹算法景物空間消隱算法之一算法原理圖9.9 BSP樹算法原理279.7 多邊形區(qū)域排序算法景物空間消隱算法之一算法原理 將多邊形按深度值由小到大排序，用前面的可見多邊形去切割位于其后的多邊形，使得最終每一個多邊形要么是完全可見的，要么是完全不可見的。289.8 OpenGL中的消隱多邊形剔除：主要用于去除多邊形物體本身的不可見面，以提高圖形系統(tǒng)的性能。 glEnable(GL_CULL_FACE); glCullFace (mode);29OpenGL中的消隱深度測試： OpenGL中的深度測試是采用深度緩存器算法，消除場景中的不可