计算机图形学-消隐.ppt

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1、消隐1消隐1概述2线消隐3提高消隐算法的效率4面消隐21概述什么叫做“消隐”？为什么要进行“消隐”？将三维场景绘制在计算机二维显示屏上必须经过投影变换，投影变换将三维信息变换到二维平面上，这个过程中深度信息被丢失，生成的图形往往具有二义性。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，简称为“消隐”。经过消隐得到的投影图称为物体的“真实”图形。通过消隐，也可降低光照、纹理等算法的计算量。31概述消隐的对象是三维物体。三维物体的表示主要有B-Rep和CSG表示。在进行绘制时，消隐的对象是多边形网格模型。消隐结果与被观察物体有关，

2、也与视点、视方向有关。41概述消隐算法的实现空间：消隐算法可以在对象空间或图像空间中实现。对象空间算法是在定义对象的坐标系中实现的，而图像空间算法是在对象显示的屏幕坐标系中实现的。zxy51概述消隐算法的实现空间：对象空间算法以尽可能高的精度完成几何计算，所以可以把图像放大许多倍而不致损害其准确性；图像空间算法只能以与显示屏的分辨率相适应的精度来完成计算，所以其图像的放大效果较差。另外，这两类算法的性能特性也是不同的。对象空间算法所需的计算时间随场量中物体的个数而增加；而图像空间的计算时间则随图像中可见部分的复杂程度而增加。zxy61概述消隐的分类1.按消隐对象分类

3、：线消隐(Hidden-line)：对象：隐藏线，主要应用于早期的线框模型；面消隐(Hidden-surface)：对象：隐藏面，应用于面模型、实体模型，用于真实感绘制；71概述2.按消隐算法的实现空间分类：对象空间的消隐算法以场景中的物体为处理单元；求出所有点、边、面遮挡关系（求出物体表面的可见部分）。Roberts算法，光线投射算法图像空间的消隐算法以视区内的每个像素为处理单元；对视区内每个象素进行判断，决定哪个多边形在该象素可见。Z-buffer、扫描线、Warnock对象空间和图像空间结合的消隐算法在对象空间中预先计算面的可见性优先级，再在图像空间中生成消隐

4、图。画家算法81概述消隐算法的选择：不同的应用场合有不同的算法要求，有些算法要求速度快，有些要求图形的真实度高。例如：快速消隐算法可用于实时模拟如飞行模拟等；具有高度真实感图形的消隐算法可用于计算机动画等领域，所生成的图形一般具有连续色调，并能产生阴影、透明、表面纹理及反射、折射等视觉效果。不过这类算法比较慢。产生一幅图可能需要几分钟甚至几小时。所以，在进行消隐算法的设计时，应在计算速度和图形细节之间进行权衡，任何一种算法都不能兼顾两者。9消隐1概述2线消隐3提高消隐算法的效率4面消隐102线消隐隐藏线的产生是因为在给定的观察方向下，某些棱(或棱的一部分)被表面多边

5、形遮挡，因此多面体隐藏线消除可以归结为一个根本问题：在给定的观察方向下，给定一条空间线段和一个多边形，判断线段是否被多边形遮挡。如果遮挡，求出遮挡部分。对造型的要求：要求造型系统中有面的信息，最好有体的信息；如果存在多个实体，它们互不相交；求交的线段和面(多边形)在空间不相交；多边形网格模型可以满足要求。线面相交112线消隐多面体隐藏线消除的步骤如下：(1)将线段p1p2和多边形π投影到投影平面上得到线段p1’p2’和多边形π’；(2)计算线段p1’p2’和多边形π’各条边的交点；(3)交点将p1’p2’分成若干个子线段，特别地当交点不存在时，子线段只有一个，即p1

6、’p2’自身。现在每个子线段上的所有点具有相同的隐藏性；(4)分别判断各个子线段的隐藏性：Eππ’122线消隐(4)分别判断各个子线段的隐藏性：取子线段的中点，判断该点是否在多边形π’内：a.如不在多边形内，子线段与多边形是分离的，不存在隐藏关系，子线段是可见的；b.如在多边形内，从子线段中点向视点引射线，如果射线与多边形相交，求交点深度值，判断该子线段是否被多边形遮挡，否则该子线段可见。Eππ’132线消隐线段和一个多边形进行隐藏性判断时，涉及到的运算包括：投影变换平面上线段和多边形的求交判断点是否在多边形内空间中射线和平面求交。如果将多面体的每条棱与每个多边形都

7、按上面的方法消除隐藏线，那么计算量将非常大。如何提高算法效率？减少计算的对象。ABCDEFGHIJK14消隐1概述2线消隐3提高消隐算法的效率4面消隐153提高消隐算法的效率1.消除自隐线、面2.深度测试3.包围盒技术4.利用连贯性5.空间分割技术6.物体分层表示161.消除自隐线、面对于多面体的任一个面，可以根据其外法向n和视矢量E的夹角θ来进行可见性检测。法向n：规定每个多边形的法向都是指向物体外部的。前向面：θ∈(-90°,90°)时，表示该表面可见，称为前向面。后向面：θ∈[90°,-90°]时，表示该表面不可见，称为后向面。nE前向面后向面n剔除依据：