常用的消隐算法及总结.pdf

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1、常用的消隐算法及总结数学092邹继瑶090064摘要：用计算机生成三维物体的真实图形是计算机图形学研究的重要内容。真实图形在仿真模拟、几何造型、广告影视、指挥控制和科学计算的可视化等许多领域都有广泛应用。经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。较常用的消隐算法有画家算法、Z-Buffer算法及其它一些改进算法。消隐算法从算法基本思想、算法描述和算法步骤等方面对画家算法、Z-Buffer算法和其它改进算法进行了分析,并得出了它们相关的特点。关键词：计算机图形学消隐景物空间消隐图像空间消隐算法引言：近

2、年来，产生真实的虚拟环境是计算机图形学孜孜以求的目标。在虚拟对象或场景的创建中要用到许多综合处理过程，每一种都非常令人感兴趣也非常重要。计算机辅助设计、科学可视化、模拟训练、医疗成像、娱乐、广告等等，所有的这些，都要依赖于当今最前沿的计算机图形技术。伴随着计算机硬件、软件的飞速发展，计算机图形学技术也得到了质的飞跃。特别是面向对象技术和多媒体技术取得的成功，使得图形学成为计算机软件业中一个重要的分支。而程序设计方法、数据库系统和人工智能等新技术渗入到计算机图形学领域，又为计算机图形学提供了更加宽阔

3、的发展空间和强劲动力。计算机图形学是研究通过计算机将数据转换成图形，并在专用显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。主要介绍了计算机图形系统的基本知识，图形生成与显示的算法，图形的表示与图形的数据结构，图形的几何变换与投影变换，图形的裁剪技术，图形消隐处理，真实感图形的生成等内容。面消隐作为图形学中一个分支是本文的一个重要的研究内容。一．消隐的基本概念由于屏幕上的一些图元被另一些图元挡住所造成的。例如，当需要描绘一个由多边形面组成的三维物体时，那么它的一部分必然要被挡住，要在屏幕上显示的必须是可见

4、的东西。打个比方，对于一个立方体，无论从哪个方向进行透视处理，最多只能看到其中的三个面。这样，就要想出一种方法来决定哪些面是所能看到的。如果使用从屏幕到世界的视处理方法，那么很自然的就能保证只有图元上正确的部分才显示在屏幕上。在这种视处理中，可见性在屏幕的每一个像素上进行判断。从人眼发出一条射线，穿过一个给定的像素，那么首先与这条射线相交的表面在这一个像素上就是可见的。从这个表面反射的光线能够进入我们的眼睛。用计算机生成三维物体的真实图形，是计算机图形学研究的重要内容。真实图形在仿真模拟、几何造型

5、、广告影视、指挥控制和科学计算的可视化。等许多领域都有广泛应用。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。经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形。消隐算法是把线框图变成实体图必要的算法。通过看相关的报道知道，地面勘测卫星，气象卫星等要不断的向地面的工作站发送图片资料来帮助技术人员进行研究。而那个量是非常

6、庞大的，因而接收到图像时往往是已经过压缩和消隐后得到的图片。由于最普通的图元就是多边形，所以讨论的许多技术都是只针对多边形模型的。由此将重点讨论用于多边形地形、体素模型的一些技术，为了能够更深入的了解消隐有关的基本知识，做了如下的一些介绍和11研究。二．常用的消隐算法消隐算法按其实现方式可分为图像空间消隐算法和景物空间消隐算法两大类。图像空间（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空间（观察坐标系）

7、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。图像空间消隐算法有深度缓存器算法、A缓存器算法、区间扫描线算法等；景物空间消隐算法则包含BSP算法、多边形区域排序算法等；介于二者之间的有深度排序算法、区域细分算法、光线投射算法等。（1）深度缓存器算法深度缓存器算法最早由Catmull提出，是一种典型的，也是最简单的图像空间面消隐算法，但其所需的存储容量较大，不仅要有帧缓存器来存放每个像素的颜色值，还需要有深度缓存器来存放画面上每一像素对应的可见表面采样点的深度值。由于通常选择z轴

8、的负向为观察方向，因此算法沿着观察系统的z轴来计算各景物距离观察平面的深度，故该算法也称为Z-buffer算法。Z-buffer算法的原理是：先将待处理的景物表面上的采样点变换到图像空间（屏幕坐标系），计算其深度值，并根据采样点在屏幕上的投影位置，将其深度值与已存贮在Z缓存器中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（z值）大于原可见点的深度，表明新的采样点遮住了原可见点，则用该采样点处的颜色值更新帧缓存器中相应像素的颜色值，同时用其深度值更新Z缓存器中的深度值；