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第八章 消 隐 技 术; 本 章 重 点;8.1 基本概念
一.为什么要消隐
因为计算机图形处理的过程中,不会自动消去隐藏部分,相反会将所有的线和面都显示出来。
问题:
① 对于线画图形会出现多义性。
对于光栅扫描着色的面图形则会导致图形错误。
② 要增强图形的真实感必须进行消隐处理。;二. 消隐的分类
1.消除隐藏线
对于采用物体的棱线或轮廓线表示的线画图形,应消去物体本身看不见的棱线和轮廓线部分,以及因物体间的互相遮挡而被隐藏的棱线和轮廓线。
2.消除隐藏面
对于采用光栅扫描着色方法(即采用物体表面不同的明暗度)绘制的图形,应消除物体上看不见的面以及因物体间的互相遮挡而被隐藏的面。
与此相对应,消隐的算法也可分为两种:; 第一种方法是以场景中的物体为处理单元,将一个物体与
其余的 k-1 个物体逐一比较,仅显示它可见的表面以达到消
隐的目的。此类算法通常用于消除隐藏线。
假定场景中有 k 个物体,平均每个物体的表面由 h 个多
边形构成,其计算复杂度为 O((kh)2)。
算法描述如下:
for (场景中的每一个物体)
{ 将该物体与场景中的其它物体进行比较,确定其表面的可
见部分;
显示该物体表面的可见部分;
}; 第二种方法是以窗口内的每个像素为处理单元,确定在每
一个像素处,场景中的物体哪一个距离观察点最近(可见的),
从而用它的颜色来显示该像素。此类算法通常用于消除隐藏面。
若显示区域中有 m×n 个像素,则其计算复杂度为O(mnkh)。
算法描述如下:
for (窗口内的每一个像素)
{确定距观察点最近的物体,以该物体表面的颜色来显示像素;
};三.消隐算法中常用的处理技术
1. 排序
确定物体间遮挡关系的要素:
视点位置
视线方向
按观察方向上离视点(投影参考点)
的远近(通常用 z 值来表示)排序。
2. 测试
用以判断点与面、线与面、面与面之间的关系。
;包含测试:
测试空间点的投影是否在某个空间多边形的投影内,若在,则可能存在遮挡关系;若不在,则不存在遮挡关系。
测试方法:
从空间点的投影开始向与 -y 轴平行的方向作射线,计算
该射线与空间多边形的投影的交点个数,若为奇数,则点的投
影在多边形的投影内;若为偶数,则点的投影不在多边形的投
影内。;重叠测试:
测试两个空间多边形的投影是否重叠,若重叠,则可能存
在遮挡关系;若不重叠,则不存在遮挡关系。
测试方法:用包围框方法来测试。 ;四.提高消隐算法效率的常用方法
1. 利用相关性(连贯性)
物体的相关性:若物体 A 与物体 B 是完全相互分离的,消
隐时只需比较 A 、 B 两物体之间的遮挡关系,而不需对其表面
多边形逐一进行测试。
面的相关性:一个面内的各种属性值(坐标值、灰度值等)
一般都是缓慢变化的,可采用简单增量方式进行计算。
区域相关性:一个区域是指屏幕上一组相邻的像素,它们
通常属于同一个可见面。区域相关性表现在一条扫描线上时,即
为扫描线上的每个区间内只有一个面可见。 ; 扫描线相关性:在相邻的两条扫描线上,可见面的分布情
况相似。
深度相关性:物体的同一表面上的相邻部分深度是相近的。
2. 包围盒技术
用于对物体间的某些关系进行比较和测试,从而可避免盲
目的求交运算,减少计算量,提高效率。
二维图形 ----- 包围框(重叠测试);
三维物体 ----- 包围盒、包围球。
;3. 背面剔除
一个平面多面体的表面由若干个
平面多边形构成,若一个多边形表面
的外法线方向与投影方向(观察方向)
的夹角为钝角,则该面为前向面;若
其夹角为锐角,则为后向面或背面。
4. 活化表技术 ( active list )
设置活化表,用于存放与当前的处理相关的信息,从而可
最大限度地缩小处理范围,提高算法的效率。
;8.2 深度缓存算法 ( Z—Buffer算法)
1. Z—Buffer
用于存放与屏幕上像素点对应的物体上点的深度值。;基本思路:对于显示屏上的每一个象素,
记录下位于该象素内最靠近观察者的那个
景物面的深度坐标,同时相应记录下用来
显示该景物面的颜色(或灰度),那么所
有记录下的这些象素所对应的颜色就可以
形成最后要输出的图形。Z-Buffer中保存与
屏
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