消隐理论.txt

各种消隐理论介绍

光 线 跟 踪 法 需 要 分 析 物 体 表 面 的 每 一 点 的 光 反 射 状 态， 因 此 需 要 的 内 存 空 间 较 大， 运 算 速 度 也 较 慢。 但 这 种 方 法 可 同 时 生 成 物 体 的 光 照 模 型， 产 生 的 消 隐 效 果 和 真 实 感 都 很 好。 
 8 ． 分 解 法 
分 解 法 是 对CSG 模 型 的 一 种 消 隐 算 法， 首 先 将 复 杂 物 体 分 解 为 一 系 列 的 立 方 体， 离 观 察 点 近 的 立 方 体 将 遮 挡 远 的 立 方 体， 从 而 实 现 消 隐。 分 解 法 算 法 复 杂， 需 要 的 内 存 空 间 大， 速 度 也 满， 近 仅 用 于 一 些 特 殊 的 场 合。 
二、 图 象 空 间 法 
图 象 空 间 法 基 于 物 体 三 维 模 型 的 二 维 显 示 图 形 来 确 定 物 体 或 表 面 上 的 每 一 点 与 观 察 点 的 远 近 关 系， 从 而 判 断 哪 些 表 面 遮 挡 了 其 它 表 面。 为 了 获 得 三 维 物 体 的 二 维 显 示 图 形， 在 对 物 体 进 行 旋 转 和 平 移 变 化 后， 还 需 对 物 体 进 行 透 视 投 影 变 换。 
 三 维 空 间 中 点P(x, y, z) 由 透 视 点E 沿Z 轴 透 视 投 影 变 换 到XOY 二 维 平 面 中 的 点P*(x*, y*, z*)。 设E 点 距 原 点O 的 距 离 为r， 则 透 视 投 影 变 换 公 式 为： 

(x*, y*, z*, 1）=（x, y, z, 1）MPeMPr 
 式 中MPe、MPr 分 别 为 透 视 变 换 矩 阵 和 投 影 变 换 矩 阵
 1 ． Z 缓 冲 区 法 
Z 缓 冲 区 法 首 先 建 立 一 个 大 的 缓 冲 区， 用 来 存 储 三 维 物 体 沿Z 轴 透 视 投 影 而 得 到 的 二 维 图 形 的 所 有 象 素 的 值， 因 此 叫 做Z 缓 冲 区。Z 缓 冲 区 的 单 元 个 数 与 屏 幕 上 象 素 点 的 个 数 相 同， 也 和 帧 缓 冲 区 的 单 元 个 数 相 同， 而 且 它 们 之 间 是 一 一 对 应 的。Z 缓 冲 区 每 个 单 元 的 大 小 取 决 于 图 形 在 观 察 坐 标 系 中Z 方 向 的 变 化 范 围。Z 缓 冲 区 的 每 个 单 元 的 值 是 对 应 象 素 点 所 对 应 的 物 体 表 面 点 的Z 坐 标 值。 
 利 用Z 缓 冲 区 法 进 行 消 隐 和 造 型 的 过 程 就 是 对 屏 幕 中 每 一 点 进 行 判 断 并 给 帧 缓 冲 区 和Z 缓 冲 区 中 相 应 单 元 进 行 赋 值 的 过 程。 现 用 形 式 化 语 言 描 述 该 算 法 如 下： 
Z缓冲区消隐算法
{
1）将帧缓冲区各单元的值置为背景色值;
2）将Z缓冲区各单元的值置为Z坐标可能出现的最大值;
3）循环：对每一物体
{
循环：对物体每一面的每一点（x, y, z）
{
i)对（x, y, z）做透视投影变换，得到变换后的X、Y坐标（x*, y*）；
ii)如果Z缓冲区中（x*, y*）对应单元的值小于z，则 
{
a)将Z缓冲区中（x*, y*）对应单元的值置为z;
b)将帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的值置为点
（x, y, z）的属性值（通常是亮度、颜色值或颜色查找表的索引值）;
}
iii)如果Z缓冲区中（x*, y*）对应单元的值大于z，则 
{
a)说明目前帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的
所表示的物体上点比点（x, y, z）
更接近观察点，即点（x, y, z）应被消隐；
b)将Z缓冲区和帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的值均保持不变；
}
}
}
4）循环：对屏幕上每一点（x*, y*）
根据帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的值画出象素点。
}
 Z 缓 冲 区 消 隐 算 法 简 单、 可 靠， 而 且 消 隐 和 表 现 效 果 很 好。 但 需 要 的 内 存 容 量 大， 运 算 复 杂， 费 时。 
2 ． 扫 描 线 法 
 扫 描 线 法 是 对Z 缓 冲 区 法 进 行 改 进 而 派 生 出 来 的 消 隐 算 法。 为 了 克 服Z 缓 冲 区 法 需 要 分 配 与 屏 幕 上 象 素 点 的 个 数 相 同 单 元 的 巨 大 内 存 这 一 缺 点， 可 以 将 整 个 屏 幕 分 成 若 干 区 域， 一 个 区 一 个 区 地 进 行 处 理， 这 样 可 以 将Z 缓 冲 区 的 单 元 个 数 减 少 为 屏 幕 上 一 个 区 域 的 象 素 点 的 个 数。 将 屏 幕 的 一 行 作 为 这 样 的 区 域， 便 得 到 了 扫 描 线 法， 又 称 为 扫 描 线Z 缓 冲 区 法，Z 缓 冲 区 的 单 元 个 数 仅 为 屏 幕 上 一 行 的 象 素 点 的 个 数。 
 扫 描 线 法 的 形 式 化 语 言 描 述 如 下： 
扫描线消隐算法
{
1）循环：从上到下对屏幕中每一条扫描线
{
i)将帧缓冲区对应行各单元的值置为背景色值;
ii)将Z缓冲区各单元的值置为Z坐标可能出现的最大值;
iii)循环：对每一物体
{
循环：对物体每一表面
{
如果当前扫描线与当前物体表面相交，则
{
循环：扫描线与当前物体表面的交点是成对的，
对每对交点之间的每一点（x, y, z）
{
A)对（x, y, z）做透视投影变换，
得到变换后的X、Y坐标（x*, y*）；
B)如果Z缓冲区中（x*, y*）对应单元的值小于z，则 
{
a)将Z缓冲区中（x*, y*）对应单元的值置为z;
b)将帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的值置为点（x, y, z）
的属性值（通常是亮度、颜色值或颜色查找表的索引值）;
}
C)如果Z缓冲区中（x*, y*）对应单元的值大于z，则 
{
a)说明目前帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的所表示
的物体上点比点（x, y, z）更接近观察点，即点（x, y, z）应被消隐；
b)将Z缓冲区和帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的值均保持不变；
}
}
}
}
}
iv)循环：对屏幕上每一点（x*, y*）
根据帧缓冲区中（x*, y*）对应单元的值画出象素点。
}
}
3 ． 视 线 投 射 法 
视 线 投 射 法 的 基 本 原 理 是 把 物 体 的 二 维 显 示 图 像 看 成 是 从 眼 睛 到 物 体 的 视 线 把 物 体 的 可 见 点 投 射 到 显 示 屏 上 的 投 影。 该 算 法 的 形 式 化 语 言 描 述 如 下： 
视线投射消隐算法
{
1）循环：对屏幕上每一象素（x*, y*）
{
确定经过视点和象素（x*, y*）的直线Ray；
判断直线Ray（x, y）与物体是否相交；
如果存在交点，则 
{
a)求出直线Ray与物体的第一个交点（x, y, z）;
b)交点（x, y, z）是可见点，其余交点都应消隐；
c)将点（x, y, z）的属性值（通常是亮度、颜色值或
颜色查找表的索引值）赋给象素（x*, y*）;
}
}
2）循环：对屏幕上每一点（x*, y*）
画出象素（x*, y*）对应的属性值。
}
 4 ． 极 值 检 测 法 
极 值 检 测 法 需 与 与 其 它 消 隐 算 法 结 合 适 用， 主 要 用 来 提 高 消 隐 速 度。 极 值 检 测 法 通 过 计 算 物 体 表 面 的 显 示 坐 标 的 极 大 和 极 小 值 来 判 断 这 两 个 表 面 是 否 存 在 重 叠。 如 果 一 个 表 面 的x 显 示 坐 标 的 极 大 值 小 于 另 一 个 表 面 的x 显 示 坐 标 的 极 小 值， 则 这 两 个 表 面 不 重 叠， 可 以 按 任 意 顺 序 直 接 画 出。 否 则， 这 两 个 表 面 存 在 重 叠， 需 要 用 其 它 消 隐 算 法 进 行 消 隐 处 理。 
通 常 先 用 极 值 检 测 法 画 出 不 发 生 重 叠 的 表 面， 然 后 在 用 其 它 算 法 处 理 重 叠 的 表 面。