计算机图形学精选课件PPT

•如果不把隐藏的线或面消除，还可能发生对图的错误 理解。
2021/3/2
(a)
(b)
(c)
6
消隐的几个效果图
2021/3/2
7
隐藏面和隐藏线的消除有两种基本的算法
➢基于图像空间的方法
➢以构成图像的每一个像素为处理单元，对场 景中的所有表面，确定相对于观察点是可见的 表面，用该表面的颜色填充该像素。
aix0+biy0+ciz0+di< 0 (i=1,2,…，n) • 平面法向量：（ai,bi,ci），必是指向物
体外部，令pi(xi,yi,zi)为P0在平面i上的 垂足，则有
aixi+biyi+cizi+di= 0
（ai,bi,ci）· (p0-
2021/3p/2i)=(aix0+biy0+ciz0+di) -
在点（xi,yi）处，有：
对应。
• 深度缓存数组 ZB 屏幕 • 颜色属性数组 CB • 本质：保留离视点
近的 • 不排序 2021/3/2
帧缓存
Z缓冲器
22
• 1）初始化ZB和CB，使得ZB(i,j)=Z max,CB(i,j)=背景色，i=1,…，m; j=1,…，n;
• 2）对多边形P，计算它在点（i,j）处的深度值 zi,j,
• 5）择选下一个深度最小的多边形作为裁剪多边形，从 3）开始做，直到所有的多边形都处理过为止。在得到 的多边形中，所有的内部多边形是不可见的，其余多 边形均为可见多边形。
2021/3/2
21
6.2.2 深度缓存算法Z-Buffer
z缓冲器算法是最简单的消除隐藏面算法之一 z缓冲器是一组存贮单元
– 其单元个数和屏幕上象素的个数相同 – 也和帧缓冲器的单元个数相同，它们之间一一
2021/3/2
19
• 多边形裁剪 • 双边裁剪——遇到交点向右拐
2021/3/2
20
• 1）进行初步深度排序，可按各多边形z最小值（或最 大值、平均值）排序；
• 2）选择当前深度最小（离视点最近）的多边形为裁剪 多边形；
• 3）用裁剪多边形对那些深度值更大的多边形进行裁剪
• 4）比较裁剪多边形与各内部多边形的深度，检查裁剪 多边形是否是离视点最近的多边形。若裁剪多边形深 度大于某个内部多边形的深度，则恢复被裁剪的各多 边形，选择新的裁剪多边形，回到3），否则做5）；
➢该算法多用于线消隐，也用于面消隐。
➢算法的简单描述如下： ➢对于三维场景中的每一个物体：
➢判定场景中的所有可见表面；
➢用可见表面的颜色填充相应的像素以构成图形;
2021/3/2
9
假定：垂直投影
•隐藏线和隐藏面消除所讨论的对象是一个三维 图形，消隐后要在二维空间中表示出来，因此消 隐后显示的图形将和三维空间至二维空间的投影 方式有关。 •下面讨论消隐算法时，都假定投影平面是oxy平 面，投影方向为负z轴方向的垂直投影。
2021/3/2
3
主要内容
• 消隐 • 光照模型 • 纹理映射
2021/3/2
4
隐藏面和隐藏线的消除
2021/3/2
5
•隐藏面和隐藏线的消除是计算机图形学中的一个基本 问题。
•由于存在不透光的物体，因此阻挡了来自某些物体部 分的光线到达观察者，这些物体部分成为隐藏部分，隐 藏部分是不可见的。
•为了使计算机生成的图能真实地反映这一情况，必 须把隐藏的部分从图中消除。
16
• 将投影的线段分成若干子线段 • 将子线段与所有多边形进行求交 • 求并集
2021/3/2
17
6.2 面消隐
2021/3/2
18
6.2.1 区域排序（画家算法）
• 在图象空间中，将待显示的所有多边形按 深度值从小到大排序，用前面可见多边形 去切割后面的多边形，最终使得每个多边 形要么是完全可见，要么是完全不可见
6.1.3 凹多面体的隐藏线消除
特点 • 全部被遮挡 • 没有被遮挡 • 部分被遮挡
2021/3/2
14
• 对于一条空间线段P1P2和一个多边形p，判 断线段有没有被多边形遮挡。如果被遮挡， 求出隐藏部分。
2021/3/2
15
• 没有交点 被完全遮挡 没被遮挡
• 有交点 部分被遮挡
2021/3/2
2021/3/2
10
6.1.1 凸多面体的隐藏线消除
• 多面体特点
–多个面 –每个面都有向外的法向量
• 凸多面体特点
–法向量规则 –多面体不存在部分遮挡
2021/3/211Fra bibliotek• 凸多面体是由若干个平面围成的物体。假 设这些平面方程为
a x b y c z d 0
• 当某点P0（例如，物体的重心）位于物体“ 内部” 时，有：
• 3）若zi,j< ZB(i,j),则ZB（i,j）=zi,j,CB(i,j)=多 边形P的颜色；
• 4）对每个多边形重复（2）、（3）两步，最 终在CB中存放的就是消隐后的图形。
2021/3/2
23
• 如何求深度
设某个多边形所在的平面方程为
ax+by+cz+d=0
若c≠0，则 z=(-ax-by-d)/c
12
视点与第i个面上一点连线方向为 （li,mi,ni），即从视点指向一点 ，判断：
（ai，bi，ci）· （li，mi，ni） >0
平面 i为自隐藏面。一般地，取视点在Z 轴负无穷远点。这时，物体将被正投影到 xy平面上。由于视线方向为（0，0，1）， 所以，ci>0所对应的面，为自隐藏面。任 2021/3/意2 两个自隐藏面的交线，为自隐藏线。 13
➢该算法多用于面消隐。
➢算法的简单描述如下： ➢对于图像中的每一个像素：
➢在和投影点到像素连线相交的表面中，找到离观 察点最近的表面 ➢用该表面上交点处的颜色填充该像素
2021/3/2
8
隐藏面和隐藏线的消除有两种基本的算法
➢基于物体空间的方法
➢是以三维场景中的物体对象为处理单元， 在所有对象之间进行比较，除去完全不可见 的物体和物体上不可见的部分。
第6章 三维真实感物体显示技术
2021/3/2
1
基本几何模型到真实感图形的绘制
2021/3/2
2
引言
• 计算机图形学中真实感绘制
包括两部分内容：物体的精
确表示和场景中光照效果的
逼真的物理描述。为可见物
体的颜色和光照效果建立模
型是一个非常复杂的过程，因为光照模型包含许
多因素，如物体类型，物体相对于光源和其他物 体的位置以及场景中所设置的光源属性等。一旦 这些因素确定了，就可以通过光照模型来计算物 体表面向空间给定方向辐射的光亮度。