第9章可见面判别算法.pptVIP

曾 智 勇 福建师范大学软件学院 真实感图形绘制流程 取景变换（1/5） 场景坐标系 场景的局部坐标系 完成物体的造型 场景的世界坐标系（整体坐标系） 放入待绘制的场景，定义物体之间的相互位置 取景变换（2/5） 建立观察坐标系的步骤 确定观察参考点，即视点位置 可以设在任何位置 通常选在靠近或在物体的表面 将视点位置取为视点坐标系的原点 确定观察方向，即视线方向 一般取深度坐标轴，即ze轴的正向 为简便起见，设为总是指向场景坐标系的原点 确定观察平面，即视平面位置 一般取过视点且垂直于视线方向的平面，即xeye平面 取景变换（3/5） 场景坐标系 一般取右手坐标系 观察坐标系 通常取左手坐标系 符合人们的观察习惯 取景变换（4/5） 将物体投影到观察平面之前 必须将场景坐标系中的点转换到观察坐标系中 这一过程称为取景变换，也称视向变换 包括平移和旋转的一系列几何变换的级联 取景变换矩阵 取景变换（5/5） 场景坐标系原点平移到视点位置E 绕xe轴逆时针旋转90o 绕ye轴顺时针旋转Ψ角 绕xe轴逆时针旋转θ角 调整x轴指向 对x轴作对称变换 消隐算法 按实现方式不同分为两大类： 景物空间（object space） 消隐算法 直接在视点坐标系中确定视点不可见的表面区域 将它们表达成同原表面一致的数据结构 侧重于景中各物体之间的几何关系 图像空间（image space）消隐算法 在投影屏幕上，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 将其颜色作为该像素的显示光亮度 侧重于向屏幕投影后形成的图像 背面剔除算法 背面剔除算法 隐藏面的消除-画家算法 （1/3） 画家算法 1972年M.E.Newell 受画家由远至近作画的启发 景物空间消隐算法 隐藏面的消除-画家算法 （2/3） 基本步骤 生成深度优先级队列 据视点距离远的多边形优先级低，排在队列的前端 据视点距离近的多边形优先级高，排在队列的后端 从队列中依次取出多边形，计算其表面光亮度 写入帧缓冲器 直到队列中所有多边形的光亮度都计算完毕，并写入帧缓冲器 隐藏面的消除-画家算法 （3/3） 优点： 透明或半透明物体 图形的动态显示 飞行训练模拟器中显示飞机着陆时的情景 场景中的物体是不变的，只是视点在变化 只要事先把不同视点的景物的优先级队列算出 再实时地采用画家算法来显示图形 就可以实现图形的快速消隐与显示 隐藏面消除-Weiler-Atherton算法（1/3） Weiler-Atherton算法 景物空间消隐算法 基于Weiler-Atherton多边形裁剪操作 隐藏面消除-Weiler-Atherton算法（2/3） 基本步骤 1)深度预排序，形成景物多边形表 将变换到屏幕坐标系中的景物表面 按各顶点的z最小值进行排序 2)当前具有最大z值的景物表面作为裁剪多边形CP 深度最大、离视点最近 3)用CP对景物多边形表中排在后面的表面进行裁剪 产生内部多边形Pin和外部多边形Pout 隐藏面消除-Weiler-Atherton算法（3/3） 4)比较Pc与Pin的深度，检查Pc是否真正离视点最近 是，则Pc为可见表面 不是，则取Pin为新的Pc，重复步骤3) 5)将位于Pc之外的景物表面组成外裁剪结果多边形表 取表中深度最大的表面为Pc，重复步骤3) 6)递归进行直到外裁剪结果多边形表为空时为止 隐藏面的消除- BSP树算法（1/2） BSP树算法 Binary Space Partitioning 景物空间消隐算法 基于BSP树，对景物表面进行二叉分类 与画家算法类似，景物多边形由远至近绘制 特别适合的场合 场景中物体位置固定不变、仅视点移动 隐藏面的消除-BSP树算法（2/2） 基本步骤 选一剖分平面P1，将场景空间分割成两个半空间 剖分结果表示为一棵BSP树 叶节点：景物 左分支：位于剖分平面前面的景物 右分支：位于剖分平面后面的景物 依据视点位置，对子空间进行分类 包含视点的子空间标识为“front” 另一侧子空间标识为“back” 递归有哪些信誉好的足球投注网站该BSP树，优先绘制标识为“back”的子空间中所含的景物 隐藏面消除-深度缓冲器算法（1/8） 深度缓冲器算法 Depth—buffer algorithm 图像空间消隐算法 1975年，Catmull提出 隐藏面消除-深度缓冲器算法（2/8） 基本思想 将投影到显示屏上的每一个象素所对应的多边形表面的深度进行比较 取最靠近视点的表面的属性值作为该像素的属性值 用Z—buffer记录该表面在该像素点的深度 用frame—buffer记录该表面在该像素点的颜色或亮度值 隐藏面消除-深度缓