计算机图形学消隐.pptVIP

消隐 消隐 1 概述 2 线消隐 3 提高消隐算法的效率 4 面消隐 1 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。 1 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，也与视点、视方向有关。 1 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。 1 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。 1 概述 消隐的分类 1. 按消隐对象分类： 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； 1 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图。 画家算法 1 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。 消隐 1 概述 2 线消隐 3 提高消隐算法的效率 4 面消隐 2 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。 2 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’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： 2 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。 2 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。 消隐 1 概述 2 线消隐 3 提高消隐算法的效率 4 面消隐 3 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 1. 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