1、1,第九章 消隱,基本概念 深度緩存器算法 區(qū)間掃描線算法 深度排序算法 區(qū)域細(xì)分算法 光線投射算法 BSP樹算法 多邊形區(qū)域排序算法 OpenGL中的消隱,2,基本概念,物體的消隱或隱藏線面的消除：在給定視點(diǎn)和視線方向后，決定場(chǎng)景中哪些物體的表面是可見的，哪些是被遮擋不可見的。,3,基本概念,消隱算法按實(shí)現(xiàn)方式分類 圖像空間消隱算法以屏幕像素為采樣單位，確定投影于每一像素的可見景物表面區(qū)域，并將其顏色作為該像素的顯示顏色。如深度緩沖器算法、A緩沖器算法、區(qū)間掃描線算法等。,4,基本概念,景物空間消隱算法直接在景物空間（觀察坐標(biāo)系）中確定視點(diǎn)不可見的表面區(qū)域，并將它們表達(dá)成同原表面一致的數(shù)據(jù)結(jié)

2、構(gòu)。如BSP算法、多邊形區(qū)域排序算法等。 介于二者之間的算法，如深度排序算法、區(qū)域細(xì)分算法、光線投射算法等。,5,基本概念,基本的原則 排序：各景物表面按照距離視點(diǎn)遠(yuǎn)近排序的結(jié)果，用于確定消隱對(duì)象之間的遮擋關(guān)系。 連貫性：連貫性是指所考察的物體或視區(qū)內(nèi)的圖像局部保持不變的一種性質(zhì)，用于提高排序效率。,6,9.1 深度緩存器算法（ Z-buffer）,基本原理 幀緩存：保存各點(diǎn)的顏色。 Z緩存：保存屏幕坐標(biāo)系上各象素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的深度值。,7,深度緩存器算法（ Z-buffer）,圖9.1 深度緩存器算法的原理,8,深度緩存器算法（ Z-buffer）,算法步驟 初始化：把Z緩存中各(x,y)單元置

3、為z的最小值，而幀緩存各(x,y)單元置為背景色。 在把物體表面相應(yīng)的多邊形掃描轉(zhuǎn)換成幀緩存中的信息時(shí)，對(duì)于多邊形內(nèi)的每一采樣點(diǎn)(x,y)進(jìn)行處理：,9,深度緩存器算法（ Z-buffer）,計(jì)算采樣點(diǎn)(x,y)的深度z(x,y)； 如z(x,y)大于Z緩存中在(x,y)處的值，則把z(x,y)存入Z緩存中的(x,y)處，再把多邊形在z(x,y)處的顏色值存入幀緩存的(x,y)地址中。,10,深度緩存器算法（ Z-buffer）,如何計(jì)算采樣點(diǎn)(x,y)的深度z(x,y)。 假定多邊形的平面方程為：Ax+By+Cz+D=0。,11,深度緩存器算法（ Z-buffer）,圖9.2 利用掃描線的連

4、貫性加速深度的計(jì)算,12,深度緩存器算法（ Z-buffer）,掃描線上所有后繼點(diǎn)的深度值： 當(dāng)處理下一條掃描線y=y-1時(shí)，該掃描線上與多邊形相交的最左邊（x最?。┙稽c(diǎn)的x值可以利用上一條掃描線上的最左邊的x值計(jì)算：,13,深度緩存器算法（ Z-buffer）,掃描線深度緩存器算法,14,深度緩存器算法（ Z-buffer）,優(yōu)點(diǎn) 簡單 便于硬件實(shí)現(xiàn) 缺點(diǎn) 占用太多的存儲(chǔ)單元 在實(shí)現(xiàn)反走樣、透明和半透明等效果方面有困難,15,9.2 區(qū)間掃描線算法,避免對(duì)被遮擋區(qū)域的采樣是進(jìn)一步提高掃描線算法計(jì)算效率的關(guān)鍵。,圖9.3 區(qū)間掃描線算法原理,16,區(qū)間掃描線算法,算法 三張表：邊表、多邊形表、

5、有效邊表。 分割子區(qū)間，確定子區(qū)間上的唯一可見面。,圖9.4 掃描線子區(qū)間,17,區(qū)間掃描線算法,特殊情形 貫穿情形：為了使算法能處理互相貫穿的多邊形，掃描線上的分割點(diǎn)不僅應(yīng)包含各多邊形的邊與掃描線的交點(diǎn)，而且應(yīng)包含這些貫穿邊界與掃描線的交點(diǎn)。,18,區(qū)間掃描線算法,循環(huán)遮擋：將多邊形進(jìn)行劃分以消除循環(huán)遮擋。,圖9.5 多邊形貫穿和循環(huán)遮擋的情形,19,9.3 深度排序算法（畫家算法）,算法原理：算法約定距視點(diǎn)近的優(yōu)先級(jí)高，距視點(diǎn)遠(yuǎn)的優(yōu)先級(jí)低。生成圖像時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的多邊形先畫，優(yōu)先級(jí)高的多邊形后畫。這樣，后畫的多邊形就會(huì)將先畫的多邊形遮擋住，從而達(dá)到消隱的效果。 算法的關(guān)鍵是多邊形排序。,20

6、,9.4 區(qū)域細(xì)分算法,算法原理：考察投影平面上的一塊區(qū)域，如果可以很“容易”地判斷覆蓋該區(qū)域中的哪個(gè)或哪些多邊形是可見的，則可按這些多邊形的光照屬性和幾何位置計(jì)算確定子區(qū)域內(nèi)各像素的顯示顏色；否則就將這塊區(qū)域細(xì)分為若干較小的區(qū)域，并把上述推斷原則遞歸地應(yīng)用到每個(gè)較小的區(qū)域中去。,21,區(qū)域細(xì)分算法,多邊形的分類,圖9.6 多邊形的投影與考察區(qū)域之間的關(guān)系,22,區(qū)域細(xì)分算法,可見性測(cè)試 所有多邊形均是該區(qū)域的分離多邊形，于是可直接將該區(qū)域中的所有像素點(diǎn)置為背景顏色。 針對(duì)該區(qū)域，僅存在一個(gè)相交多邊形，或僅存在一個(gè)被包含多邊形，或僅存在一個(gè)圍繞多邊形。則可先將該區(qū)域中的所有像素點(diǎn)置為背景顏色，

7、再將相應(yīng)多邊形的顏色值填入對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)的幀緩存中。,23,區(qū)域細(xì)分算法,針對(duì)該區(qū)域，有多于一個(gè)的相交多邊形、被包含多邊形或圍繞多邊形，則計(jì)算所有圍繞的、相交的、以及被包含的多邊形在該區(qū)域4個(gè)頂點(diǎn)處的z坐標(biāo)，如果存在一個(gè)圍繞多邊性，它的4個(gè)z坐標(biāo)比其它任何多邊性的z坐標(biāo)都大（最靠近視點(diǎn)），那么，可將該區(qū)域中的所有像素點(diǎn)置為該多邊形的顏色值。,24,區(qū)域細(xì)分算法,圖9.7 滿足測(cè)試條件3的兩個(gè)例子,25,9.5 光線投射算法,算法原理,圖9.8 光線投射算法,26,光線投射算法,算法步驟 通過視點(diǎn)和投影平面（顯示屏幕）上的所有像素點(diǎn)作一入射線，形成投影線。 將任一投影線與場(chǎng)景中的所有多邊形求交。 若

8、有交點(diǎn)，則將所有交點(diǎn)按z值的大小進(jìn)行排序，取出最近交點(diǎn)所屬多邊形的顏色；若沒有交點(diǎn)，則取出背景的顏色。 將該射線穿過的像素點(diǎn)置為取出的顏色。,27,9.6 BSP樹算法,算法原理,圖9.9 BSP樹算法原理,28,9.7 多邊形區(qū)域排序算法,算法原理 將多邊形按深度值由小到大排序，用前面的可見多邊形去切割位于其后的多邊形，使得最終每一個(gè)多邊形要么是完全可見的，要么是完全不可見的。,29,9.8 OpenGL中的消隱,多邊形剔除：主要用于去除多邊形物體本身的不可見面，以提高圖形系統(tǒng)的性能。 glEnable(GL_CULL_FACE); glCullFace (mode);,30,OpenGL中的消隱,深度測(cè)試： OpenGL中的深度測(cè)試是采用深度緩存器算法，消除場(chǎng)景