第9章 可见面判别算法VIP免费

曾智勇福建师范大学软件学院真实感图形绘制流程场景造型取景变换背面剔除视域四棱锥裁剪透视变换隐面消除、场景造型光亮度计算扫描转换、场景造型取景变换（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观察坐标系也称摄像机坐标系，或者视点坐标系完成取景变换所需建立的第一个坐标系取景变换（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xwzwywzexeye视点E观察坐标系为左手坐标系场景坐标系为右手坐标系O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Vzyxzyxwwweee11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xwzwywzexeyeEOCxCyCzΨxwzwywzexeyeEOCxCyCz90ºxwzwywzexeyeEOCxCyCzxwzwywzexeyeEOCxCyCzΨθθ消隐算法按实现方式不同分为两大类：景物空间（objectspace）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（imagespace）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背面剔除算法背面剔除算法法向向量N视线向量V法向向量N法向向量N<90°<90°可见可见不可见>90°VNcos隐藏面的消除-画家算法（1/3）画家算法1972年M.E.Newell受画家由远至近作画的启发景物空间消隐算法隐藏面的消除-画家算法（2/3）基本步骤生成深度优先级队列据视点距离远的多边形优先级低，排在队列的前端据视点距离近的多边形优先级高，排在队列的后端从队列中依次取出多边形，计算其表面光亮度写入帧缓冲器直到队列中所有多边形的光亮度都计算完毕，并写入帧缓冲器隐藏面的消除-画家算法（3/3）优点：透明或半透明物体图形的动态显示飞行训练模拟器中显示飞机着陆时的情景场景中的物体是不变的，只是视点在变化只要事先把不同视点的景物的优先级队列算出再实时地采用画家算法来显示图形就可以实现图形的快速消隐与显示隐藏面消除-Weiler-Atherton算法（1/3）Weiler-Atherton算法景物空间消隐算法基于Weiler-Atherton多边形裁剪操作隐藏面消除-Weiler-Atherton算法（2/3）基本步骤1)深度预排序，形成景物多边形表将变换到屏幕坐标系中的景物表面按各顶点的z最小值进行排序2)当前具有最大z值的景物表面作为裁剪多边形CP深度最大、离视点最近3)用CP对景物多边形表中排在后面的表面进行裁剪产生内部多边形Pin和外部多边形Pout裁剪多边形将主多边形裁剪为内部多边形和外部多边形B1B2裁剪多边形Pc主多边形Ps隐藏面消除-Weiler-Atherton算法（3/3）4)比较Pc与Pin的深度，检查Pc是否真正离视点最近是，则Pc为可见表面不是，则取Pin为新的Pc，重复步骤3)5)将位于Pc之外的景物表面组成外裁剪结果多边形表取表中深度最大的表面为Pc，重复步骤3)6)递归进行直到外裁剪结果多边形表为空时为止隐藏面的消除-BSP树算法（1/2）BSP树算法BinarySpacePartitioning景物空间消隐算法基于BSP树，对景物表面进行二叉分类与画家算法类似，景物多边形由远至近绘制特别适合的场合场景中物体位置固定不变、仅视点移动隐藏面的消除-BSP树算法（2/2）基本步骤选一剖分平面P1，将场景空间分割成两个半...