计算机图形学实验z-buffer算法

实验六 9-7一、实验题目z-buffer 算法的代表性案例是绘制三个相互交叉的红绿蓝条，如图9-85所示，请使用MFC 编程实现。

二、实验思想Z-Buffer 算法建立两个缓冲器：深度缓冲器，用以存储图像空间中每一像素相应的深度值，初始化为最大深度值（z s 坐标）。

帧缓冲器，用以存储图像空间中的每个像素的颜色，初始化为屏幕的背景色。

① 帧缓冲器初始值置为背景色。

② 确定深度缓冲器的宽度、高度和初始深度。

一般将初始深度置为最大深度值。

③ 对于多边形表面中的每一像素（x s ,y s ），计算其深度值z s （x s ,y s ）。

④ 将z s （x s ,y s ）与存储在z 缓冲器中该位置的深度值zBuffer （x s ,y s ）进行比较。

⑤ 如果z s （x s ,y s ）≤zBuffer （x s ,y s ），则将此像素的颜色写入帧缓冲器，且用z （x s ,y s ）重置zbuffer （x s ,y s ）。

三、实验代码CZBuffer::~CZBuffer(){delete []P;}void CZBuffer::SetPoint(CPi3 p[],int m){P=new CPi3[m];for(int i=0;i<m;i++){P[i]=p[i];}PNum=m;}void CZBuffer::CreateBucket()//创建桶表{int yMin,yMax;yMin=yMax=P[0].y;for(int i=0;i<PNum;i++)//查找多边形所覆盖的最小和最大扫描线{if(P[i].y<yMin){yMin=P[i].y;//扫描线的最小值}if(P[i].y>yMax){yMax=P[i].y;//扫描线的最大值}}for(int y=yMin;y<=yMax;y++){if(yMin==y)//建立桶头结点{HeadB=new CBucket;//建立桶的头结点CurrentB=HeadB;//CurrentB为CBucket当前结点指针CurrentB->ScanLine=yMin;CurrentB->pET=NULL;//没有连接边链表CurrentB->next=NULL;}else//建立桶的其它结点{CurrentB->next=new CBucket;CurrentB=CurrentB->next;CurrentB->ScanLine=y;CurrentB->pET=NULL;CurrentB->next=NULL;}}}void CZBuffer::CreateEdge()//创建边表{for(int i=0;i<PNum;i++){CurrentB=HeadB;int j=(i+1)%PNum;//边的第二个顶点，P[i]和P[j]构成边if(P[i].y<P[j].y)//边的终点比起点高{Edge=new CAET;Edge->x=P[i].x;//计算ET表的值Edge->yMax=P[j].y;Edge->k=(P[j].x-P[i].x)/(P[j].y-P[i].y);//代表1/kEdge->pb=P[i];//绑定顶点和颜色Edge->pe=P[j];Edge->next=NULL;while(CurrentB->ScanLine!=P[i].y)//在桶内寻找该边的yMin{CurrentB=CurrentB->next;//移到yMin所在的桶结点}}if(P[j].y<P[i].y)//边的终点比起点低{Edge=new CAET;Edge->x=P[j].x;Edge->yMax=P[i].y;Edge->k=(P[i].x-P[j].x)/(P[i].y-P[j].y);Edge->pb=P[i];Edge->pe=P[j];Edge->next=NULL;while(CurrentB->ScanLine!=P[j].y){CurrentB=CurrentB->next;}}if(int(P[j].y)!=P[i].y){CurrentE=CurrentB->pET;if(CurrentE==NULL){CurrentE=Edge;CurrentB->pET=CurrentE;}else{while(CurrentE->next!=NULL){CurrentE=CurrentE->next;}CurrentE->next=Edge;}}}}void CZBuffer::Gouraud(CDC *pDC)//填充多边形{double CurDeep=0.0;//当前扫描线的深度double DeepStep=0.0;//当前扫描线随着x增长的深度步长double A,B,C,D;//平面方程Ax+By+Cz＋D=0的系数CVector V21(P[1],P[2]),V10(P[0],P[1]);CVector VN=V21*V10;A=VN.X();B=VN.Y();C=VN.Z();D=-A*P[1].x-B*P[1].y-C*P[1].z;DeepStep=-A/C;//计算直线deep增量步长CAET *T1,*T2;HeadE=NULL;for(CurrentB=HeadB;CurrentB!=NULL;CurrentB=CurrentB->next){for(CurrentE=CurrentB->pET;CurrentE!=NULL;CurrentE=CurrentE->next) {Edge=new CAET;Edge->x=CurrentE->x;Edge->yMax=CurrentE->yMax;Edge->k=CurrentE->k;Edge->pb=CurrentE->pb;Edge->pe=CurrentE->pe;Edge->next=NULL;AddEt(Edge);}EtOrder();T1=HeadE;if(T1==NULL){return;}while(CurrentB->ScanLine>=T1->yMax)//下闭上开{T1=T1->next;HeadE=T1;if(HeadE==NULL)return;}if(T1->next!=NULL){T2=T1;T1=T2->next;}while(T1!=NULL){if(CurrentB->ScanLine>=T1->yMax)//下闭上开{T2->next=T1->next;T1=T2->next;}else{T2=T1;T1=T2->next;}}CRGB Ca,Cb,Cf;//Ca、Cb代边上任意点的颜色，Cf代表面上任意点的颜色Ca=Interpolation(CurrentB->ScanLine,HeadE->pb.y,HeadE->pe.y,HeadE->pb.c,He adE->pe.c);Cb=Interpolation(CurrentB->ScanLine,HeadE->next->pb.y,HeadE->next->pe.y,He adE->next->pb.c,HeadE->next->pe.c);BOOL Flag=FALSE;double xb,xe;//扫描线的起点和终点坐标for(T1=HeadE;T1!=NULL;T1=T1->next){if(Flag==FALSE){xb=T1->x;CurDeep=-(xb*A+CurrentB->ScanLine*B+D)/C;//z=-(Ax+By-D)/CFlag=TRUE;}else{xe=T1->x;for(double x=xb;x<xe;x++)//左闭右开{Cf=Interpolation(x,xb,xe,Ca,Cb);if(CurDeep>=ZB[ROUND(x)+Width/2][CurrentB->ScanLine+Height/2])//如果新采样点的深度大于原采样点的深度{ZB[ROUND(x)+Width/2][CurrentB->ScanLine+Height/2]=CurDeep;//xy坐标与数组下标保持一致pDC->SetPixel(ROUND(x),CurrentB->ScanLine,RGB(Cf.red*255,Cf.green*255,Cf.b lue*255));}CurDeep+=DeepStep;}Flag=FALSE;}}for(T1=HeadE;T1!=NULL;T1=T1->next)//边的连续性{T1->x=T1->x+T1->k;}}delete HeadB;delete HeadE;delete CurrentE;delete CurrentB;delete Edge;}void CZBuffer::AddEt(CAET *NewEdge)//合并ET表{CAET *CE;CE=HeadE;if(CE==NULL){HeadE=NewEdge;CE=HeadE;}else{while(CE->next!=NULL){CE=CE->next;}CE->next=NewEdge;}}void CZBuffer::EtOrder()//边表的冒泡排序算法{CAET *T1,*T2;int Count=1;T1=HeadE;if(T1==NULL){return;}if(T1->next==NULL)//如果该ET表没有再连ET表{return;//桶结点只有一条边，不需要排序}while(T1->next!=NULL)//统计结点的个数{Count++;T1=T1->next;}for(int i=1;i<Count;i++)//冒泡排序{T1=HeadE;if(T1->x>T1->next->x)//按x由小到大排序{T2=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next=T1;HeadE=T2;}else{if(T1->x==T1->next->x){if(T1->k>T1->next->k)//按斜率由小到大排序{T2=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next=T1;HeadE=T2;}}}T1=HeadE;while(T1->next->next!=NULL){T2=T1;T1=T1->next;if(T1->x>T1->next->x)//按x由小到大排序{T2->next=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next->next=T1;T1=T2->next;}else{if(T1->x==T1->next->x){if(T1->k>T1->next->k)//按斜率由小到大排序{T2->next=T1->next;T1->next=T1->next->next;T2->next->next=T1;T1=T2->next;}}}}}}CRGB CZBuffer::Interpolation(double t,double t1,double t2,CRGB c1,CRGB c2)//线性插值{CRGB c;c=(t-t2)/(t1-t2)*c1+(t-t1)/(t2-t1)*c2;return c;}void CZBuffer::InitDeepBuffer(int width,int height,double depth)//初始化深度缓冲{Width=width,Height=height;ZB=new double *[Width];for(int i=0;i<Width;i++)ZB[i]=new double[Height];for(i=0;i<Width;i++)//初始化深度缓冲for(int j=0;j<Height;j++)ZB[i][j]=double(depth);}四、程序结果截图。