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浙江大学计算机图形学 2.7 消隐 消除隐藏面 基本概念 Z缓冲区(Z-Buffer)算法 扫描线Z-buffer算法 区间扫描线算法 光线投射算法 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 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。 长方体线框投影图的二义性 基本概念 消隐的对象是三维物体。三维体的表示主要有边界表示和CSG(构造实体几何)表示等。 消隐结果与观察物体有关，也与视点有关。 线框图 消隐图 真实感图形 消隐的分类 按消隐对象分类 线消隐 消隐对象是物体上的边，消除的是物体上不可见的边。 面消隐 消隐对象是物体上的面，消除的是物体上不可见的面。 面消隐 面消隐算法的分类 Z缓冲器算法 扫描线Z缓冲器算法 区间扫描线算法 光线投射算法 面消隐算法的分类 消隐算法的分类 第一类（图像空间的消隐算法）：以窗口内的每个像素为处理单元；如Z－buffer、扫描线算法 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} 第二类（物体空间的消隐算法）：以场景中的物体为处理单元；如光线投射算法 for (场景中的每一个物体) { 将其与场景中的其它物体比较，确定其表面的可见部分； 显示该物体表面的可见部分； } 面消隐算法的分类 第一类（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} 假设场景中有k个物体，平均每个物体表面由h个多边形构成，显示区域中有m x n个像素，则： 算法的复杂度为：O(mnkh) 面消隐算法的分类 第二类（物体空间的消隐算法 ）：以场景中的物体为处理单元； for (场景中的每一个物体) { 将其与场景中的其它物体比较，确定其表面的可见部分； 显示该物体表面的可见部分； } 假设场景中有k个物体，平均每个物体表面由h个多边形构成，显示区域中有m x n个像素，则： 算法的复杂度为：O((kh)*(kh)) Z-Buffer算法 由来： 帧缓冲器 – 保存各像素颜色值 Z缓冲器 --保存各像素处物体深度值 Z缓冲器中的单元与帧缓冲器中的单元一一对应 Z-Buffer算法 思想：先将Z缓冲器中每个单元的初始值置为最小值。当要改变某个像素的颜色值时，首先检查当前多边形的深度值是否大于该像素原来的深度值（保存在该像素所对应的Z缓冲器的单元中），如果大于，说明当前多边形更靠近观察点，用它的颜色替换像素原来的颜色；否则说明在当前像素处，当前多边形被前面所绘制的多边形遮挡了，是不可见的，像素的颜色值不改变。 Z-Buffer算法-算法描述 { 帧缓存全置为背景色 深度缓存全置为最小Z值 for(每一个多边形) { for(该多边形所覆盖的每个象素(x,y) ) { 计算该多边形在该象素的深度值Z(x,y); if(Z(x,y)大于Z缓存在(x,y)的值) { 把Z(x,y)存入Z缓存中(x,y)处 把多边形在(x,y)处的颜色值存入帧缓存的(x,y)处 } } } } Z-Buffer算法 Z缓冲器算法是所有图像空间算法中最简单的一种隐藏面消除算法。它在象素级上以近物取代远物，与形体在屏幕上的出现顺序无关。 优点：1）简单稳定，利于硬件实现 2）不需要整个场景的几何数据 缺点: 1）需要一个额外的Z缓冲器 2）在每个多边形占据的每个像素处都要计算深度值，计算量大 Z-Buffer算法-改进算法 只用一个深度缓存变量zb的改进算法。 一般认为，Z-Buffer算法需要开一个与图象大小相等的缓存数组ZB，实际上，可以改进算法，只用一个深度缓存变量zb。 Z-Buffer算法-改进算法过程 { 帧缓存全置为背景色 for(屏幕上的每个象素(i,j)) { 深度缓存变量zb置最小值MinValue for(多面体上的每个多边形Pk) { if(象素点(i,j)在pk的投影多边形之内) { 计算Pk在(i,j)处的深度值depth; if(depth大于zb) { zb = depth; i