第二章计算机图形系统 - read.ppt

第六章 三维真实感物体显示技术 虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）技术是一种逼真的模拟人在自然环境中视觉、听觉、运动等行为的人机界面技术。其目的是：不仅能够在多维空间仿真建模，而且能够帮助人们获取知识和形成新的概念，Mark Green给出了一个简明的虚拟现实应用系统模型，如图6.1所示。 第六章 三维真实感物体显示技术 第六章 三维真实感物体显示技术 计算包括所有应用中非图形的计算，几何模型包括一个计算中的数据的高级图形表示或者叫科学计算可视化，观察指用户查看应用数据 。行为体是指以同样方式仿真用户的系统中的交互对象，用户对象的仿真有三个方面的研究：几何仿真、物理仿真和行为仿真。其中几何仿真是核心技术，是三维图形学研究热点，也是立体虚拟现实的基础。 第六章 三维真实感物体显示技术 本章主题是 ： 三维计算机图形学（CG），介绍三维计算机图形学中一些基本方法，基本概念以及基本技巧 。 本章主要内容是： 立体多面体的消隐算法，基本光照模型以及纹理贴图方法等。 　第六章 三维真实感物体显示技术 要求： 在模仿现实基础上，自己编程实现相应的程序，达到举一反三，从而熟练掌握这些基本方法和基本技巧以及基本概念。 6．1 隐藏面和隐藏线的消除 三维计算机图形学方法中，利用计算机处理立体对象，所使用的表示立体对象的模型称为立体模型 。 主要模型有： （1）线框架结构模型（wire frame model）； （2）表面模型（surface model）； （3）实体模型（solid model） 6．1 隐藏面和隐藏线的消除 线框架结构模型 它是将立体对象用轮廓线和小的元素面描述的模型，这种模型的对象立体数据输入方式简单，容易操作，可以实现描述的快速性，经常被人们使用。但是由于线推表示会出现错误理解。如下图所示。 6．1 隐藏面和隐藏线的消除 6．1．1 凸多面体的隐藏线消除 凸多面体是由若干个平面围成的物体，这些平面的方程设为： 6．1．1 凸多面体的隐藏线消除 平面的法向量n为(ai，bi，ci) 或(-ai，-bi，-ci) 即 -aix-bix-cix=0 也是平面方程。 为了下面讨论方便,规定n的取法满足下列条件：对物体内一点P0（x0，y0，z0）使得 n·（x0，y0，z0）T＋di0， 这样规定的法向量n指向了物体外部。 6．1．1 凸多面体的隐藏线消除 视觉与第i个面上一点连线方向为（li，mi，ni）则第i个面为自隐藏面的判断方法是： 6．1．1 凸多面体的隐藏线消除 对于任意凸对面体，可先求出所有隐藏面，然后检查每条边，若此边为两隐藏面的交线，则此边是隐藏线，用虚线表示或消除。 6．1．2 凹多面体的隐藏线消除 注意到凹多面体的表面也都是多边形，因此，一条边是否为隐藏线的判断实质上是这样一个问题：空间一段线段P1P2和一个多边形π，判断线段是否被多边形遮挡。如果全被遮挡则是隐藏线，若部分遮挡，则求出隐藏部分，以视点为投影中心，把线段与多边形顶点投影到屏幕，将各对应投影点连线的方程与直线联立求解，即可求得线段与多边形投影得交点。 6．1．2 凹多面体的隐藏线消除 这样，线段AB投影多边形有两种可能： 1、线段与多边形的任何边都不相交； 2、线段AB与投影多边形有交点。 下面分别讨论： 6．1．2 凹多面体的隐藏线消除 1、线段与多边形的任何边都不相交 此时又有两种可能值，即线段AB与投影多边形分离；或线段AB在投影多边形之中。前一种情况，线段完全可见。后一种，空间线段完全可见或完全隐藏。可以通过空间线段中点与视点连线，判断此连线段与空间多边形是否有交点，若没有交点，则空间线可见，若有交点，则空间线段被空间多边形隐藏。 6．1．2 凹多面体的隐藏线消除 2、线段AB与投影多边形有交点 此时投影多边形的边把投影线段分割成若干段，如图所示 6．1．2 凹多面体的隐藏线消除 每条线段上所有点具有相同的隐藏性，究竟是隐藏的还是可见的需进一步判断是否落在投影多边形内部。若在内部则需要隐藏。 根据上述方法，依次把多边形的边进行对比便得到所有隐藏线 。 6．1．3 曲面隐藏线消除 由方程 (5.2) 表示则曲面经常出现在实际应用和科学计算中，在表示这个曲面的线框式立体图中。一般用x＝xi和z＝zi两簇曲线表示，曲面隐藏线的消除就是对这两簇曲线进行检测判断曲线哪些部分要被遮挡而隐藏的。 6．1．3 曲面隐藏线消除 为此先讨论z＝zi的一簇曲线的消隐算法。设 i＝1，2……n