真实感图形生成

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1、计算机图形学高级话题--真实感图形生成讲授主要内容:引言消隐真实感图形的绘制实时真实感图形学技术总结引言对于场景中的物体、要得到它的真实感图形，就要对它进行透视投影，并消除隐藏面，然后计算可见面的光照明暗效果，最后在计算机中绘制出让观察者有身临其境感觉的图形.消隐消隐的概念消隐算法分类消隐算法深度缓存器算法区间扫描线算法深度排序算法区域细分算法光线投射算法BSP树算法多边形区域排序算法消隐的概念用计算机生成三维物体的真实图形,在用显示设备描述物体的图形时，必须把三维信息经过某种投影变换，在二维的显示表面上绘制出来。由于投影变换失去了深度信息，往往导致图形的二义性。要消除二义性，就

2、必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面，习惯上称作消除隐藏线和隐藏面，或简称为消隐。消隐实例物体的线框图经消隐处理后的图形消隐算法分类按其实现方式分为:图象空间消隐算法图象空间(屏幕坐标系)消隐算法以屏幕像素为采样单位,确定投影于每一个像素的可见景物表面区域,并将其颜色作为该像素的显示颜色景物空间消隐算法直接在景物(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深度缓存器算法深度缓存器算法最早由Catmull提出的,是一种典型的,最简单的图象空间面消隐算法.该算法也称为Z-buffer算法算法的原理算法的实现步骤算法的特点深度缓存器算法原理先将待处理

3、的景物表面上的采样点变换到图象空间(屏幕坐标系)，计算其深度值。根据采样点在屏幕上的投影位置，将其深度与已存储在Z缓存器中的相应像素处的原可见点的深度值进行比较。如果新的采样点的深度值大于原可见点的深度，表明新的采样点遮住了原可见点，则采用该采样点处的颜色更新帧缓存器中相应像素的颜色，同时用其深度值更新Z缓存器中的深度值。否则，不作修改。Z-Buffer算法的特点优点:形体在屏幕上的出现顺序是无关紧要的,算法简单;便于硬件实现。缺点:占用空间大不利于实现反走样、透明和半透明等处理深度排序算法深度排序算法的主要步骤：1.把所有的多边形按顶点最大z坐标值进行排序。2.解决当多边形z范

4、围发生交迭时出现的不明确问题。3.按最大z坐标值逐渐减小的次序，对每个多边形进行扫描转换。算法的基本思想是按多边形离开观察位置的距离进行排序，然后按照距离减少的次序，把每个多边形内部点应有的象素值送入帧缓存存贮器中。算法考查多边形的深度次序是在客体空间中进行，图形显示时覆盖步骤是在图象空间中实现，所以可以说是一个客体空间和图象空间的混合算法。不明确问题检验方法所有多边形按顶点最大z坐标值排序后得到一个排序表，设P是排在表中最后的那个多边形。设Q是排在P前面并且z坐标范围与其发生交迭的一个多边形，对Q与P的次序关系进行检查。检查可以按下面列出的五个步骤进行，每个步骤判断一种情况。1

5、．多边形的x坐标范围不相交迭，所以多边形不相交迭。2．多边形的y坐标范围不相交迭，所以多边形不相交迭。3.P整个在Q远离观察点的一侧。4.Q整个在P的靠近观察点的一侧。5.多边形在z=0平面上的投影本身不相交迭。如果所有这五步检查都为假，就假定P是遮挡了Q，交换P和Q在排序表中的位置。如果仍做交换，算法会永远循环下去而没有结果。为了避免循环，可以做一个限制。当做过首次五步检查后，发生某个多边形被移到排序表的末尾时，就立即加上一个标记，以后就不能再做移动。出现再次应该移动时，用一个多边形所在的平面，把另一个多边形剪裁分为两个。扫描线算法扫描线算法是图象空间算法，它建立图象是通过每次

6、处理一条扫描线来完成的。这个算法是第四章讨论的多边形填充的扫描线算法的推广。在多边形填充的扫描线算法中，只是对一个多边形做扫描转换，而这里是同时对多个多边形做扫描转换。PQ画家算法画家算法又称深度优先级表法，它是深度排序算法的一种具体实现。先画远景，再画中景，最后画近景。区域分割算法区域分割算法将投影平面分割成区域，考察区域内的图象。如果容易决定在这个区域内某些多边形是可见的，那么就可以显示那些可见的多边形，完成对这一区域的显示任务。否则，就将区域再分割成小的区域，对小的区域递归地进行判断。由于区域逐渐变小，在每个区域内的多边形逐渐变少，最终总可以判定哪些多边形是可见的。这个算法

7、利用的区域的相关性，这种相关性是指位于适当大小的区域内的所有象素，表示的其实是同一个表面。BSP树算法BSP（binaryspace-partitioning）树算法将表面由后往前地在屏幕上绘出，该算法特别适用于场景中物体位置固定不变、仅视点移动的情况。利用BSP树来判别表面的可见性，其主要操作是在每次分割空间时，判别该表面相对于视点与分割平面的位置关系，即位于其内侧还是外侧。平面P1将空间分割为两部分，一组物体位于P1的后面（相对于视点），而另一组则在P1之前，而B和D在P1之