[理学]7_1消隐.ppt

隐藏面的消除 （Hidden-Surface Removal) 真实感图形绘制流程 取景变换（1/5） 场景坐标系 场景的局部坐标系 完成物体的造型 场景的世界坐标系（整体坐标系） 放入待绘制的场景，定义物体之间的相互位置 取景变换（2/5） 建立观察坐标系的步骤 确定观察参考点，即视点位置 可以设在任何位置 通常选在靠近或在物体的表面 将视点位置取为视点坐标系的原点 确定观察方向，即视线方向 一般取深度坐标轴，即ze轴的正向 为简便起见，设为总是指向场景坐标系的原点 确定观察平面，即视平面位置 一般取过视点且垂直于视线方向的平面，即xeye平面 取景变换（3/5） 场景坐标系 一般取右手坐标系 观察坐标系 通常取左手坐标系 符合人们的观察习惯 取景变换（4/5） 将物体投影到观察平面之前 必须将场景坐标系中的点转换到观察坐标系中 这一过程称为取景变换，也称视向变换 包括平移和旋转的一系列几何变换的级联 取景变换矩阵 取景变换（5/5） 场景坐标系原点平移到视点位置E 绕xe轴逆时针旋转90o 绕ye轴顺时针旋转Ψ角 绕xe轴逆时针旋转θ角 调整x轴指向 对x轴作对称变换 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 消除隐藏线 对造型的要求 在线框显示模型中，要求造型系统中有面的信息，最好有体的信息 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 判断面对线的遮挡关系。反复地进行线线、线面之间的求交运算 问题 投影变换失去了深度信息，往往导致图形的二义性及失去遮挡关系 要消除二义性和保持遮挡关系，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 消隐的对象 三维物体 三维体的表示主要采用边界（多边形）表示 消隐结果 与观察物体有关，也与视点有关 消隐算法 按实现方式不同分为两大类： 景物空间（object space） 消隐算法 直接在视点坐标系中确定视点不可见的表面区域 将它们表达成同原表面一致的数据结构 侧重于景中各物体之间的几何关系 图像空间（image space）消隐算法 在投影屏幕上，以屏幕像素为采样单位，确定投影于每一像素的可见景物表面区域 将其颜色作为该像素的显示光亮度 侧重于向屏幕投影后形成的图像 面消隐算法分类 投影窗口内的像素为处理单元。——确定最近点 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 } 面消隐算法分类（续） 场景中的物体为处理单元。——物体上的面是否最近 空间遮挡关系 隐藏面与隐藏线、可见面与可见线 消隐算法的基本原则 1. 利用连贯性 相邻物体的属性之间有一定的连贯性，其属性值通常是平缓过渡的，如颜色值、空间位置关系等 包括： 物体连贯性 面的连贯性 区域连贯性 扫描线连贯性 深度连贯性 连贯性 （1）物体连贯性：如果物体 A 与物体 B 是完全相互分离的，则在消隐时，只需比较A、B 两物体之间的遮挡关系，无须对它们的表面多边形逐一进行测试。例如，若 A 距视点较 B 远，则在测试 B 上的表面的可见性时，无须考虑 A 的表面 （2）面的连贯性：一张面内的各种属性值一般都是缓慢变化的，允许采用增量形式对其进行计算 连贯性 （3）区域连贯性：区域指屏幕上一组相邻的像素，它们通常为同一个可见面所占据，可见性相同。区域连贯性表现在一条扫描线上时，即为扫描线上的每个区间内只有一个面可见 （4）扫描线的连贯性：相邻两条扫描线上，可见面的分布情况相似 （5）深度连贯性：同一表面上的相邻部分深度是相近的，而占据屏幕上同一区域的不同表面的深度不同。这样在判断表面间的遮挡关系时，只需取其上一点计算出深度值，比较该深度值便能得出结果 连贯性 利用连贯性 物体的连贯性 面的连贯性 区域的连贯性 扫描线的连贯性 隐藏面的消除-画家算法 （1/9） 隐藏面的消除-画家算法 （2/9） 画家作画 隐藏面的消除-画家算法 （3/9） 消隐的基本（核心）问题：排序 整体排序：画家算法 点排序：Z-Buffer算法、光线投射算法 区间排序：扫描线算法 区域排序：区域子分算法 隐藏面的消除-画家算法 （4/9） 算法基本思想： 1）先把屏幕置成背景色 2）将场景中的物体按其距观察点的远近进行排序，结果放在一张线性表中；（线性表构造：距观察点远的称优先级低，放在表头；距观察点近的称优先级高，放在表尾。该表称为深度优先级表）