计算机图形学第九章部分VIP免费

12/25/20241第九章：真实感图形学9.1消隐用计算机生成三维物体的真实图形，是计算机图形学研究的重要内容。真实图形在仿真模拟、几何造型、广告影视、指挥控制和科学计算的可视化等许多领域都有广泛应用在用显示设备描述物体的图形时，必须把三维信息经过某种投影变换，在二维的显示表面上绘制出来。由于投影变换失去了深度信息，往往导致图形的二义性(如图9.1所示)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，或简称为消隐。经过消隐得到的投影图称为物体的真实图形12/25/20242第九章：真实感图形学图9.1长方体线框投影图的二义性图9.2线框图图9.3消隐图图9.4真实感图形12/25/20243第九章：真实感图形学消隐的分类消隐的对象是三维物体。三维体的表示有边界表示和CSG(结构实体几何学)表示等。最简单的表示方式是用表面上的平面多边形表示。如物体的表面是曲面，则将曲面用多个平面多边形近似。消隐结果与观察物体有关，也与视点有关。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12/25/20244第九章：真实感图形学Southerland根据消隐空间的不同，将消隐算法分为三类物体空间的消隐算法(光线投射、Roberts)将场景中每一个面与其他每个面比较，求出所有点、边、面遮挡关系图像空间的消隐算法(Z－buffer、扫描线、warnock)对屏幕上每个象素进行判断，决定哪个多边形在该象素可见物体空间和图像空间的消隐算法(画家算法)在物体空间中预先计算面的可见性优先级，再在图像空间中生成消隐图12/25/20245第九章：真实感图形学消除隐藏线对造型的要求在线框显示模型中，用边界线表示有界平面，用边界线及若干参数曲线表示参数曲面，所以待显示的所有实体均为线但线不可能对线有遮挡关系，只有面或体才有可能对线形成遮挡故消隐算法要求造型系统中有面的信息，最好有体的信息。正则形体的消隐可利用其面的法向量，这样比一般情况快的多坐标变换为运算方便，一般通过平移、旋转、透视等各种坐标变换，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。变换后，坐标Z值反映了相应点到视点的距离，可以作为判断遮挡的依据。另外，对视锥以外的物体应先行虑掉，以减少不必要的运算12/25/20246第九章：真实感图形学线消隐中最基本的运算判断面对线的遮挡关系。体也要分解为面，再判断面与线的遮挡关系。在遮挡判断中，要反复地进行线线、线面之间的求交运算12/25/20247第九章：真实感图形学平面对直线段的遮挡判断算法不失一般性，取视点在Z轴正无穷远，视线为Z轴负方向，物体投影到XOY平面上1.若线段的两端点及视点在给定多边形的同侧，线段不被其遮挡，转7。(深度检测，多边形顶点的最大Z坐标小于等于线段端点的最小Z坐标，多边形完全在线段之后，不可能遮挡线段，即线段完全可见)图9.6视点与线段同侧12/25/20248第九章：真实感图形学2.若线段的投影与多边形投影的包围盒(覆盖多边形投影的最小矩形区域)无交，线段不被给定多边形遮挡，转73.求直线与相应多边形的交。若无交点（平行），转4。否则，交点在线段内部或外部。若交点在线段内部，交点将线段分成两段，与视点同侧的一段不被遮挡，另一段在视点异侧，转4再判；若交点在线段外部，转4图9.7包围盒不交12/25/20249第九章：真实感图形学4.求所剩线段(可能被遮挡部分)的投影与多边形边界投影的所有交点，并根据交点在原直线参数方程中的参数值求出Z值(即深度)。若无交点，转55.以上所求得的各交点将线段的投影分成若干段，求出第一段中点6.若第一段中点在平面的投影内，则相应的段被遮挡，否则不被遮挡；其他段的遮挡关系可依次交替取值进行判断7.结束图9.8分段交替取值12/25/202410第九章：真实感图形学如果消隐对象有N条棱，当N很大时，用两两求交的方法这个工作量是很大的O(N2)。为了提高算法的效率，需要设法减少求交的工作量设V为由视点出发的观察向量，N为某多边形面的法向量若V·N>0，称该多边形为后向面若V·N<0，称该多边形为...