计算机图形学中消隐的相关概念及算法

文章目录

• • 基本概念
  • 提高消隐算法效率的常见方法
  • • 利用连贯性
    • 包围盒技术
    • 背面剔除
    • 空间分割技术
    • 物体分层表示
  • 消隐的分类
  • • 按消隐对象和输出结果分类
    • 根据消隐空间分类
  • 消除隐藏线
  • 消除隐藏面

基本概念

投影变换失去了深度信息，往往导致图形的二义性

• 消隐：为了消除二义性，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；
• 经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形
• 消隐结果与观察物体有关，也与视点有关

背面剔除

• 外法向：规定每个多边形的外法向都是指向物体外部的。
• 前向面：若多边形的外法向与投影方向（观察方向）的夹角为钝角（V· N
• 后向面：若多边形的外法向与投影方向（观察方向）的夹角为锐角（V· N>0），称为后向面（背面）。

后向面总是看不见的，不会由于后向面的遮挡，而使别的棱成为不可见的。因此计算时，可以把这些后向面全部去掉，这并不影响消隐结果

消隐的分类

按消隐对象和输出结果分类

• 线消隐：消除的是物体上不可见的边。
• 面消隐：消除的是物体上不可见的面。

图像空间的消隐算法：以窗口内的每个像素为处理单元；

for(窗口内的每一个像素)

{确定距视点最近的物体，以该物体表面的颜色来显示像素}

消除隐藏线

坐标变换：通过坐标变换，将视点变换到Z轴的正无穷大处，视线方向变为Z轴的负方向

最基本的运算：线消隐中，判断面对线的遮挡关系：体分解成面，再判断面与线关系。判断过程中需反复地进行线线、线面之间的求交运算。

平面对直线段的遮挡判断算法

1. 若线段的两端点及视点在给定平面的同侧，线段不被给定平面遮挡，转(7)；
2. 若线段的投影与平面投影的包围盒无交，线段不被给定平面遮挡，转(7)；
3. 求直线与相应无穷平面的交：
   • 无交点转(4)；
   • 若交点在线段内部，交点将线段分成两段，与视点同侧一段不被遮挡，另一段在视点异侧转(4)；
   • 若交点在线段外部,转(4)。
4. 求所剩线段的投影与平面边界投影的所有交点。若无交点，转(7)。
5. 以上所求得的各交点将线段的投影分成若干段，求出第一段中点。
6. 若第一段中点在平面的投影内，则相应的段被遮挡，否则不被遮挡；其他段的遮挡关系可依次交替取值进行判断。
7. 结束。

基本数据结构

面表(存放参与消隐的面) +线表(存放待显示的线)

消除隐藏面

• 画家算法
• Z缓冲算法
• 扫面线Z缓冲算法
• 区间扫面线算法
• 区域子分割(Warnack)算法
• 光线投射算法

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