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第10章 隐藏面的消除 （Hidden-Surface Removal) 第10章 隐藏面的消除 基本概念 提高消隐算法效率的常用方法 画家算法 Z缓冲器算法 扫描线Z缓冲器算法 扫描线算法 光线投射算法 OpenGL相关函数 本章目标 消隐的基本概念 重点掌握Z缓冲器（Buffer）消隐算法 学会使用OpenGL的函数 10.1 基本概念 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（投影）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 10.1 基本概念 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，也与视点位置和方向有关 10.1 基本概念 消隐分类 消除隐藏面：确定可见面（消除不可见面）——表面表示物体（本章讨论） 消除隐藏线：消除不可见线——线框表示物体 10.1 基本概念 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 } 10.1 基本概念 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 第10章 隐藏面的消除 基本概念 提高消隐算法效率的常用方法 画家算法 Z缓冲器算法 扫描线Z缓冲器算法 扫描线算法 光线投射算法 OpenGL相关函数 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 主要技术 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 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 （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 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 （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 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 2. 透视投影转换为平行投影 消隐在投影前完成 物体间的遮挡关系与投影中心相关 物体间的遮挡关系与投影方式相关 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 3. 包围盒技术 定义：一个形体的包围盒指的是包围它的简单形体 两个条件 包围盒充分紧密包围着形体 对其的测试比较简单 主要包围盒 长方体 正方体 球 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 作用—避免盲目求交 例如：两个空间多边形A、B在投影平面上的投影分别为A’，B’ ，因为A’ 、B’ 的矩形包围盒不相交，则A’、B’ 不相交，无须进行遮挡测试。 如果包围盒相交，需进一步测试。右下图(a)包围盒相交，投影也相交；(b)包围盒相交，投影不相交 一般情况下，判断两物体是否遮挡时，前一种情况大量存在，避免了物体间的复杂相交测试。 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 4. 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，称为前向面 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，称为后向面（背面） 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 剔除依据：背面总是被前向面所遮挡，从而不可见 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 5. 空间分割技术 遮挡判断依据：场景中的物体，它们的投影在投影平面上是否有重叠部分？（是否存在相互遮挡的可能？）对于根本不存在相互遮挡关系的物体，应避免这种不必要的测试 原因：物体在场景中分散，有些物体的投影相距甚远，不会存在遮挡关系 方法：将投影平面上的窗口分成若干小区域；为每个小区域建立相关物体表，表中物体的投影于该区域有相交部分；则在小区域中判断那个物体可见时，只要对该区域的相关物体表中的物体进行比较 10.2 提高消隐算法效率的常用方法 6. 物体的分层表示 表示形式：模型变换中的树形表示方式