计算机图形学教案第9章消隐

第9章 消隐问题 场景中哪些物体的表面是可见的，哪 些是被遮挡不可见的(隐藏面或线)? 如何在投影过程中消除隐藏面或线？

两类消隐算法：

图象空间消隐算法：以屏幕象素为采样单位，确定投影于每一象素的可见景物表面区域，并将其 颜色作为该象素的显示颜色。

景物空间消隐算法：直接在景物空间(观察坐标系)中确定视点不可见的表面区域，并将它们表

达成同原表面一致的数据结构。

9.1 深度缓存器算法R

算法的原理：使用两块缓冲区：

y P2 P1

Z缓存：存深度(x,y)

帧缓存：存颜色。z

屏幕 x

0

图9-1

深度缓存器算法的原理(P1近,可见)

Z-buffer算法

算法步骤：1.初始化：把Z缓存中各(x,y)单元置为z的最

小值，而帧缓存各(x,y)单元置为背景色。2.在把物体表面相应的多边形扫描转换成帧 缓存中的信息时，对于多边形内的每一采样点 (x,y)进行处理： ①计算采样点(x,y)的深度z(x,y); ②把大于Z缓存中在(x,y)处的z(x,y)值存入 Z缓存中的(x,y)处，再把多边形在z(x,y)处的颜

色值存入帧缓存的(x,y)地址中。

Z-buffer

帧缓存

0 00 0

0 00 0

0 050 80 0 0

0 00 0

0 00 0

问题：计算采样点(x,y)的深度z(x,y)。假定多边形的平面方程为：Ax+By+Cz+D=0。

Ax By D z ( x, y ) C

利用连贯性加速深度的计算：y 多边形 y y-1

扫描线

0

x x+1

x

图9-2

利用扫描线的连贯性加速深度的计算

扫描线上所有后继点的深度值：

A( x 1) By D A z ( x 1, y ) z ( x, y ) C C当处理下一条扫描线y=y-1时，该扫描线上与多边形相交的最左边(x最小)交点的x值可以利 用上一条扫描线上的最左边的x值计算：

x

y 1, min

1 x y ,min k

z( x

y 1, min

, y 1)

Ax y 1,min B( y 1) D

C 1 A( x y ,min ) B( y 1) D k C A B z ( x y ,min , y ) k C

可采用边表和有效边表来提高算法效率 ——扫描线深度缓存器算法

算法特点： ①算法简单。 ②需较大的存储空间。 ③处理反走样、透明和半透明效果困难。 对于③ ,可以使用A缓冲器算法克服。

9.2 区间扫描线算法算法原理：避免对被遮挡 区域的采样是 进一步提高扫 描线算法计算 效率的关键。0 y A1 B2 B1 B C1

扫描线1 扫描线2 扫描线3

A

A2 A3 C2

B3

B4 C

C4 C3 x

图9-3

区间扫描线算法原理

算法：三张表：边表、多边形表、有效边表。 特殊情形：贯穿情形、循环遮挡情形。

算法关键：分割子区间，确定子区间上的唯一可见面。

1 z

2

3 (a)

4

5 x z

1

2

3 (b)

4

5 x z

1

2

3 (c)

4 5 x

图9-4 扫描线子区间

贯穿情形：为了使算法能处理互相贯穿的多边形，扫描线上 的分割点不仅

应包含各多边形的边与扫描线的交点， 而且应包含这些贯穿边界与扫描线的交点。

1 z

2

3 (a)

4

5 x z

1

2

3 (b)

4

5 x z

1

2

3 (c)

4 5 x

图9-4 扫描线子区间

循环遮挡：将多边形进行划分以消除循环遮挡。

(a)贯穿

(b)循环遮挡

图9-5

多边形贯穿和循环遮挡的情形

例：y A1 B2 B1 B C1

扫描线1 扫描线2 扫描线3

A

A2 A3 0 C2

B3

B4 C

C4 C3 x

图9-3

区间扫描线算法原理

9.3 深度排序算法(画家算法)算法原理：若场景中任何多边形在深度上均不贯穿

或循环遮挡，则各多边形的优先级顺序可完全确定，扫描转换就可以按从优先级低的多

边形到优先级高的多边形的顺序进行。