6.1可见面判别算法

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对于屏幕上的每个像素，深度缓存时刻追踪视点与 占据该像素的物体之间的距离。那么，如果通过了深 度测试，输入的深度值就将取代深度缓存中的相应值。 命令glDepthFunc(Glenum func)为深度测试设 置比较函数。参数func的值必须 为:GL_NEVER,GL_ALWAYS,GL_LESS,GL_LEQUA L,GL_EQUAL,GL_GREATER,GL_NOTEQUAL 缺省值为：GL_LESS 即如果Z值小于深度缓存中的Z 值，则输入的深度值就将取代深度缓存中的相应值。
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从上面的算法我们知道： 在处理每一条扫描线时，要检查多边形是否与该扫 描线相交，若相交则求相交区间。 若在扫描线上的同一个区间内，有两个或两个以上 的多边形时，要计算多边形所在平面上很多点的深度 值。 为了提高计算效率，更有效的利用各种相关性 （…），我们可以建立一个与当前扫描线相交的活 性多边形表、对多边形加入边Y表及活性边对
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6.1.1 后向面判别(续)
对于凹多面体，则还需进行更多的测试来检查是否 仍存在被其他面完全或部分遮挡的物体表面。然后， 进一步检查被遮挡物体的哪些部分被其他物体所覆盖。 这是由于凹多面体存在以下三种情况： 1) 完全可见。即各个朝前面互不遮挡。 2) 部分可见部分不可见。被遮挡的部分显然不可 见，但没有遮挡的部分则还需要和其他朝前面 进行比较。 3) 完全不可见。即一个朝前面完全被另一个朝前 面遮挡，则这个朝前面是不可见的。 通常，后向面消隐处理可消除场景中一半左右的隐藏面。
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6.1.2 深度缓存算法(续)
假设物体多边形所在的平面方程为：
像素点(x,y)的深度值: 当扫描线沿x方向增加 为： 个像素，则深度值的增量可表示
深度缓存算法的最大优点就是运算简单，其计算量与多边形 的个数成正比的关系。另外，该算法也便于硬件实现。
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6.1.2 深度缓存算法(续)
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6.1.2 深度缓存算法
深度缓存算法是图像空间的一种常用也是最 典型的消隐算法。它的基本思想是：对于显 示屏幕上的每一个像素点，测试一系列平面， 记录下位于此像素投影线上的最靠近观察点 的平面的深度。由于通常沿着观察系统的Z轴 来计算各物体距观察平面的深度，故也称为 Z-buffer算法。
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6.1.3 扫描线算法
扫描线算法的基本思想是：按扫描行的顺序处理 一帧画面，在视点和扫描线所决定的扫描平面上 解决消隐问题。具体步骤就是先把物体各面在屏 幕上进行投影，再计算扫描线与物体的相交区间， 如果两个区间在深度方向上重叠，就进行深度测 试以确定哪一面可见，哪一面是不可见。
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多面体消隐的改进深度缓存算法：
Z-Buffer() { 帧缓存全置为背景色 //扫描整个屏幕 for(屏幕上的每个象素(i,j)) { 深度缓存变量zb置最大值MaxValue for(多面体上的每个多边形Pk) { if(象素点(i,j)在pk的投影多边形之内) { 计算Pk在(i,j)处的深度值depth; if(depth小于zb) { zb = depth; indexp = k; } } } If(zb != MaxValue) 计算多边形Pindexp在交点 (i,j) 处的光照颜色 并显示 } }
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本节介绍几个常用的可见面判别算法的主要思想。 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5 后向面判别 深度缓存算法 扫描线算法 画家算法 区域细分算法
作业
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6.1.1 后向面判别
多面体的表面可分为内侧和外侧。对观察者而言，外 侧是可见的，而内侧不可见。
1) 物空间算法：将场景中的各物体和物体各组成部
件相互进行比较，以判别出哪些面可见；下面的伪 码体现了这种思想： for(世界坐标系中的每一个对象){ 判定对象中未被遮挡的部分，包括其自身的 遮挡与其它对象的遮挡； 用适当的颜色绘出可见部分。 }
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2) 像空间算法：在投影平面上逐点判断各像素所对应
表。 goon
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边的连贯性:当多边形的某条边与当前扫描 线相交时，它很可能与下一条扫描线也相交； 扫描线的连贯性：当前扫描线与各边的交 点顺序与下一扫描线与各边的交点顺序十分 接近。
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1) 活性多边形表： 多边形Y表 多边形Y表是一个指针数组。将所有多边形存
在多边形Y表中，根据多边形顶点中最小的y坐 标，插入多边形Y表中的相应位置。多边形Y表 中只保存多边形的序号和其顶点的最大y坐标。 根据序号可以从定义多边形的数据结构中取多 边形信息：多边形所在面的方程f=ax+by+cz+d 的系数a,b,c,d、多边形的边、顶点的坐标、颜 色等。
b c a
物体的外法线向量
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6.1.1 后向面判别(续)
我们可利用表面外法线的 方向性来进行判别，当某 一表面的外法线与观察点 和表面上任意一点之间的 连线的夹角在0°≤θ≤90° 之间时，该表面就是可见 的，称为前向面；否则， 当90°≤θ≤180°，为不可 见，该多边形表面为后向 面。
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Z-Buffer算法（） { 帧缓存全置为背景色 深度缓存全置为最大Z值 for(每一个多边形) { 扫描转换该多边形 for(该多边形所覆盖的每个象素(x,y) ) { 计算该多边形在该象素的深度值Z(x,y); if(Z(x,y)小于Z缓存在(x,y)的值) { 把Z(x,y)存入Z缓存中(x,y)处 把多边形在(x,y)处的颜色值存入帧缓存的(x,y)处 } } } }
扫描线算法的典型实现有两种：扫描线Z缓冲区算 法和区间扫描线算法。
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1.
扫描线Z缓冲区算法 其算法思想是：在处理当前扫描线时，申请 一个一维数组作为当前扫描线的Z-buffer。 首先找出与当前扫描线相关的多边形，以及 每个多边形中相关的边对。对每一个边对之 间的小区间上的各象素，计算深度，并与Zbuffer中的值比较，找出各象素处可见平面， 计算颜色，写帧缓存。对深度计算，采用增 量算法。
6.1 可见面判别算法
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。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。
长方体线框投影图的二义性。
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线框图
消隐图
真实感图形
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的可见面；即在生成图像中的每一点时确定n个对象 中哪个可见。该方案可用伪代码表示如下： for(图像中的每个像素){ 确定由投影点与像素连线穿过的距 观察点最近的对象； 用适当的颜色绘该像素。 }
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物空间算法
像空间算法
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3. 两种方案的比较： 物空间算法：最直接的一种方法是对每一个像素
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2. 对应物体中的每个多边形，找出其在它的屏 幕投影区域内所覆盖的全部像素。计算每个 像素点的深度Z；如果Z<DEPTH[x][y]， 则DEPTH[x][y]= Z，并将此像素的亮度值 赋予LIGHT[n];如果Z>DEPTH[x][y]，则 说明此像素点相对于原先的那个重影的像素 点离观察点更远，所以数组值可以不用进行 变换。
考察全部n个对象以判定沿投影点穿过该像素哪一个 离视点最近。对于p个像素而言，其计算量正比于np。
像空间算法：我们可以简单地通过将对象与其自
身的以及与其它对象的比较来除去不可见的部分。 这样做的运算量正比于n2 。 表面上看，由于n<p,似乎第一种方案更为高效，但实 际上，它的每一个基本步骤都很复杂且费时，因此， 第一种方案往往更慢且更难实现。
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6.1.2 深度缓存 数组的大小与屏幕上的像素点的个数相同， 也与显示器的帧缓存的单元个数相同。深 度缓存数组用来记录每一像素点的深度值 和亮度(即颜色值)。算法过程可简述为：
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1. 对应屏幕上每个像素点，令深度缓存器 DEPTH[x][y]为一个较大的值，同时，亮度 缓存器LIGHT[n]为背景色。
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6.1.3 扫描线算法(续)
扫描线Z缓冲区算法伪代码： for（扫描线） {扫描线帧缓冲区fbuffer置成背景色； 扫描线Z缓冲区zbuffer置成最大Z值； for(各个多边形) {求出该多边形与当前扫描线的相交区间； for(区间所有各像素) {if(多边形在该处的Z值小于zbuffer在该处的值) {用多边形在该处的Z值取代zbuffer在该处的值； 用多边形在该处的亮度值取代fbuffer在该处的值； } } } 用fbuffer内容显示当前扫描线； }
OpenGL中使用深度缓存：
深度缓存用来存储每个像素的深度值。深度 通常是以距眼睛的距离来度量的，因此，具有较 大深度缓存值的像素要被具有较小深度缓存值的 像素覆盖掉。深度缓存有时也称为z缓存。
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glClearDepth(GLdouble depth);//选择清除值 glDepthFunc(Glenum func);//(…) glClear(GL_DEPTH_BUFFER_BIT);//清除深度缓存； glEnable(GL_DEPTH_TEST);//激活清除命令 缺省的深度清除值为1.0，清除命令设置的值，在被相 同命令再次调用改变之前一直有效。 注：在重画每一帧之前，要清除深度缓存。