cad计算机辅助设计技术第9章：虚拟产品造型.ppt

第9章 虚拟产品造型的理论基础;CAD造型技术发展的一个新方向是虚拟产品造型。传统产品设计中，常需要制作产品零件模型来检查设计效果。如采用虚拟产品技术，用计算机生成真实感图形，就可以方便地在屏幕上以各种角度显示产品的真实视图，并直接对外形进行交互式的修改，这种技术可以代替实物模型的制作。;三维形体;9.2 图形消隐技术;面的可见性是相对于观察位置而言的，不是绝对的。;9.2.2 深度比较;深度比较算法： （1）对于在xy平面上的正交平行投射，如果x1=x2， y1=y2，则 P1和P2在同一投影线上。在这种情况下，深度比较归结为比较z1和z2。如果z1z2，则P1遮挡P2。 （2）对于透视投影，计算更为复杂（见习题9-1）。但这一困难可通过以下方法加以克服：;如果原物体位于规范化的透视投影空间中，则规范化的变换矩阵NTp可将规范化的投影观察体变换为单位;1;如果显示设备具有显示坐标H×V，则应用比例变换矩阵SH,V,1可将规范化的显示空间;为显示变换（display transform）。; 对以下消隐算法，我们总是在显示空间处理平行投影。消隐算法可分为两大类。 （1） 物体空间的消隐算法 物体空间是指物体所在的空间，即规范化投影空间或显示空间。物空间消隐算法是通过三维空间物体的有关几何元素进行比较，确定可见的线(面)和隐藏的线(面)，然后绘出可见的线(面)而略去隐藏的线(面)来实现消隐。 算法特点：精度高，不受显示器分辨率的影响，但计算时间与物体的复杂度有关。; （2） 图像空间的消隐算法 图像空间是相对于物体空间而言的，在消隐算法中，图像空间就是屏幕坐标空间。一般地，空间被消隐的对象可看作是由若干个多边形面片组成的集合，图像空间的消隐算法对每个像素进行判断，根据在图像像素点上各投影之间的关系确定哪些线(面)在该像素上显示，从而实现消隐。 算法特点：只能以与显示器分辨率相适应的精度来完成，使得这种方法不够精确。 一般地，大多数隐藏面消除算法用像空间法，而大多数隐藏线消除算法用物空间法。;1. 消隐算法中的基本测试方法 ;最小最大测试方法可分以下步骤完成： (1)多边形外接矩形的相交检测 多边形外接矩形指的是以多边形所有顶点x值的最小值xmin、最大值xmax为左、右边，以y值的最小值ymin、最大值ymax为下、上边的矩形。如下图所示，多边形包含在其外接矩形之内。若此两个多边形不相交，则此两多边形不可能重叠。矩形不相交的检测，只要满足下列条件之一，则不可能相交：;多边形之间的相交检测 当多边形外接矩形相交时，要判定多边形是否重叠，需要对各边进行求交运算。在对边做求交运算之前，还可以使用边的外接矩形相交检测来排除大量不相交的情况。 在下图中，只有c 边和g 边以及f 边和g 边的外接矩形相交，两个多边形之间其他边均不可能相交。 判定c 和g 或者f和g 是否相交，需要通过线段求交运算来实现。;设线段1的端点为p11(x11,y11)和p12(x12,y12)，则其参数方程为:;设;2. 深度缓存算法——Z-Buffer算法 检测可见面的一种常见的图像空间方法是深度缓存法(depth-buffer method)。如下图，在屏幕观察坐标系中，Z轴方向为观察方向，过屏幕上任意像素点P(i,j)做平行于Z 轴的射线R， 该射线与物体的表面相交于某些点，这种方法通过比较这些交点处的深度值(即Z坐标值)来确定物体表面之间的遮挡关系。如下图中P1点遮挡P2点。;深度缓存消隐算法需要比较每个像素点上相应物体表面点的Z值。因此，它需要一个与屏幕上像素个数一样的缓存，用于存放物体表面点的深度信息。由于每点的深度信息是由该点处的Z坐标值确定的，因此这种方法也称为z-缓存方法(z-buffer method)。 该算法通常用于仅包含多边形表面的物体，因为在这种情况下深度值能够快速计算，相应地Z-buffer算法易于实现。这种方法也能够应用于非平面表面的物体。;算法过程如下: （1）对景物中的每个多边形，找到当多边形投影到平面屏幕时位于多边形内或边界上的所有像素(i, j) ；（注：可利用多边形扫描算法。） （2）在每个像素(i, j)处计算多边形的深度Z，并与Z缓存区相应单元的当前值比较，如果前者小于后者，则用Z值更新Z缓存区的相应单元，同时用该点处的光亮度值更新帧缓存区的相应单元。 （3）当所有的多边形被处理完毕，帧缓存区中保留的是已消隐的最终结果。 ;深度缓存算法Zbuffer() : { //初始化深度缓存ZB和帧缓存FB. ZB(i,j)=1(即显示空间中的最大z值); FB(i,j)=背景色. i=0,1,…,H-1;j=