计算机图形学第十三章隐藏面的消除
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} } }
深度缓冲算法
该算法的最大优点在于简单。它可轻而易举地处理隐藏面 以及显示复杂曲面之间的交线。画面可以任意复杂。由于画面 元素可按任意次序写入帧缓冲器和Z缓冲器，故无需按深度优 先级排序，可省去深度排序时间。
扫描线算法
如果只对一条扫描线进行Z缓冲器算法，则可以得到扫描线 Z缓冲器算法 。
Lecture 13
隐藏面的消除
概述
在生成具有真实感的景物时，要考虑的一个重要问题 是如何由选定的视向把画面的不可见部分消去，即隐藏 线及隐藏面的消除问题。目前，存在解决此问题的若干 方法，并建立了若干有效的消隐算法。
消隐算法及其分类
人不能一眼看到一个三维物体的全部表面。从一个视 点去观察一个三维物体时，必然只能看到该物体表面上 的部分点、线、面，而其余部分则被这些可见部分遮挡 住。如果观察的是若干个三维物体，则物体之间还可能 彼此遮挡而部分不可见。
扫描线Z缓冲器算法做了两点改进。 ①将整个绘图窗口内的消隐问题分解到一条条扫描线上解决， 使所需的Z缓冲器大大减少。 ②计算深度值时，利用了面连贯性，只用了一个加法。
区间扫描线算法
扫描线Z缓冲器中，被多个多边形覆盖的像素区处还 要进行多次计算，计算量仍然很大。
区间扫描线算法克服了这一缺陷，可利用连贯性提 高算法效率，使得在一条扫描线上每个区间只计算一次 深度值，并且不需要Z缓冲器。
深度缓冲算法
Z缓冲器的深度值越大，说明该点越接近视点。
在把显示对象的每个面上每一点的属性（颜色或灰 度）值填入帧缓冲器相应单元前，要把这点的z坐标值和 Z缓冲器中相应单元的值进行比较。只有前者大于后者时 才改变帧缓冲器的那一单元的值，同时Z缓冲器中相应单 元的值也要改成这点的z坐标值。
深度缓冲算法描述
它是把当前扫描线与各多边形在投影平面的投影的交 点进行排序后，使扫描线分为若干子区间。
区间扫描线算法
可以将区间分为三类：
①区间为空 ,区间 [0, a1]，此时只要按背景属性显示即 可；
②区间中只包含一个区段即一条交线或交线的一部分 .如 图中的区间[a1, a2]和[a3, a4]，此时按该区段所在多边 形的显示属性进行显示；
•图像空间是对象投影后所在的二维空间，即设备坐标系
图像空间方法是将对象投影后分解为像素，按照一 定的规律，比较像素之间的深度（z）值，从而确定其是 否可见的方法。
消隐算法及其分类
虽然各种消隐方法具体的实现方法不同，但这些方法中大 都采用分类及连贯两种基本方法改进算法效率。
•分类方法主要用于深度比较，即按照景物中各个线、面、体 与取景平面的距离分类，以决定取舍。
{ 求覆盖该区间的所有多边形，将它们记入活性多边形表APL中； 在区间上任取一点，计算APL中各多边形在该点的深度值， 记值最大者为P; 用多边形P的颜色填充该区间；
}
}
BSP树算法
二叉空间剖分（BSP，Binary Space-Partitioning）树 算法是一种判别物体可见性的有效算法。它类似于画家 算法，将面片由后往前地在屏幕上绘出 。
消隐算法及其分类
按照操作对象的不同表达，消隐算法可以分为两大类 •对象空间方法（Object Space Methods） •图像空间方法（Image Space Methods）
对象空间方法和图像空间方法
•对象空间是对象三维空间，即对象被定义时所处的坐标 空间。
对象空间方法是对要显示的各个对象及对象的各个 部分进行相互比较，分析对象的三维特性之间的关系， 以确定不可见的表面或者线条的方法。
画家算法的原理：
先把屏幕置成背景色，再把物体的各个面按其离视点的远近进 行排序，离视点远者在表头，离视点近者在表尾，排序结果存在 一张深度优先级表中。
然后按照从表头到表尾的顺序逐个绘制各个面。由于后显示的 图形取代先显示的画面，而后显示的图形所代表的面离视点更近 ，所以由远及近的绘制各面，就相当于消除隐藏面。
Z-Buffer算法（）
{
帧缓存全置为背景色 深度缓存全置为最小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像素(x,y) )
{
计算该多边形在该像素的深度值d(x,y); if (d(x,y)大于Z缓存在(x,y)的值)
{
把d(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
•连贯方法是指利用显示景物具有某些相关特性，可以用来简 化计算。
消隐算法及其分类
从消隐对象角度来看，消隐算法可分为两类：线消 隐和面消隐。
•线消隐的消隐对象是物体上的边，消除的是物体上不 可见的边。
•面消隐的消隐对象是物体上的面，消除的是物体上不 可见的面。
来自百度文库
画家算法
画家算法是把对象空间方法与图像空间方法结合在一起来消除 隐藏面的方法。
多边形的画家算法
Q P a. zmin
zmax
多边形的画家算法
Q <P b. zmin
zmax
多边形的画家算法
c.所有测试失败:
必须对两个多边形在Oxy平面上的投影作求交运算。 计算时不必具体求出重叠部分，在交点处进行深度比较 ，只要能判断出前后顺序即可。
深度缓冲算法
Z缓冲区(Z-Buffer)算法。在这个算法里，不仅需要有 帧缓存来存放每个像素的颜色值，还需要一个深度缓存 来存放每个像素的深度值。
该算法习惯上称为画家算法或深度排序算法。
多边形的画家算法
（1）以每一多边形的zmin作为排序关键码，建立初步的 深度排序表，表中第一个多边形是具有最小z值的多边形 ，记为P。设视点位于z轴方向的无穷远处，则P为离视点 最远的多边形，表中第二个多边形标为Q。
（2）检查表中每个多边形与P的关系。分为3种关系：
③区间中有多条分别属于不同多边形的区段,如图中的区 间[a2, a3]，此时必须计算该区间中每个区段的深度，具 有最大z值的区段为该区间中的可见段，按此可见段所在 多边形的属性进行显示
区间扫描线算法
• 区间
算法描述
for （绘图窗口内的每一条扫描线） { 求投影与当前扫描线相交的所有多边形； 求上述多边形中投影与当前扫描线相交的所有边，将它们记录在活化边表AEL中； 求AEL中每条边的投影与扫描线的交点； 按交点的u坐标将AEL中各边从左到右排序两两配对组成一个区间； for （AEL中每个区间）
深度缓冲算法
该算法的最大优点在于简单。它可轻而易举地处理隐藏面 以及显示复杂曲面之间的交线。画面可以任意复杂。由于画面 元素可按任意次序写入帧缓冲器和Z缓冲器，故无需按深度优 先级排序，可省去深度排序时间。
扫描线算法
如果只对一条扫描线进行Z缓冲器算法，则可以得到扫描线 Z缓冲器算法 。
Lecture 13
隐藏面的消除
概述
在生成具有真实感的景物时，要考虑的一个重要问题 是如何由选定的视向把画面的不可见部分消去，即隐藏 线及隐藏面的消除问题。目前，存在解决此问题的若干 方法，并建立了若干有效的消隐算法。
消隐算法及其分类
人不能一眼看到一个三维物体的全部表面。从一个视 点去观察一个三维物体时，必然只能看到该物体表面上 的部分点、线、面，而其余部分则被这些可见部分遮挡 住。如果观察的是若干个三维物体，则物体之间还可能 彼此遮挡而部分不可见。
扫描线Z缓冲器算法做了两点改进。 ①将整个绘图窗口内的消隐问题分解到一条条扫描线上解决， 使所需的Z缓冲器大大减少。 ②计算深度值时，利用了面连贯性，只用了一个加法。
区间扫描线算法
扫描线Z缓冲器中，被多个多边形覆盖的像素区处还 要进行多次计算，计算量仍然很大。
区间扫描线算法克服了这一缺陷，可利用连贯性提 高算法效率，使得在一条扫描线上每个区间只计算一次 深度值，并且不需要Z缓冲器。
深度缓冲算法
Z缓冲器的深度值越大，说明该点越接近视点。
在把显示对象的每个面上每一点的属性（颜色或灰 度）值填入帧缓冲器相应单元前，要把这点的z坐标值和 Z缓冲器中相应单元的值进行比较。只有前者大于后者时 才改变帧缓冲器的那一单元的值，同时Z缓冲器中相应单 元的值也要改成这点的z坐标值。
深度缓冲算法描述
它是把当前扫描线与各多边形在投影平面的投影的交 点进行排序后，使扫描线分为若干子区间。
区间扫描线算法
可以将区间分为三类：
①区间为空 ,区间 [0, a1]，此时只要按背景属性显示即 可；
②区间中只包含一个区段即一条交线或交线的一部分 .如 图中的区间[a1, a2]和[a3, a4]，此时按该区段所在多边 形的显示属性进行显示；
•图像空间是对象投影后所在的二维空间，即设备坐标系
图像空间方法是将对象投影后分解为像素，按照一 定的规律，比较像素之间的深度（z）值，从而确定其是 否可见的方法。
消隐算法及其分类
虽然各种消隐方法具体的实现方法不同，但这些方法中大 都采用分类及连贯两种基本方法改进算法效率。
•分类方法主要用于深度比较，即按照景物中各个线、面、体 与取景平面的距离分类，以决定取舍。
{ 求覆盖该区间的所有多边形，将它们记入活性多边形表APL中； 在区间上任取一点，计算APL中各多边形在该点的深度值， 记值最大者为P; 用多边形P的颜色填充该区间；
}
}
BSP树算法
二叉空间剖分（BSP，Binary Space-Partitioning）树 算法是一种判别物体可见性的有效算法。它类似于画家 算法，将面片由后往前地在屏幕上绘出 。
消隐算法及其分类
按照操作对象的不同表达，消隐算法可以分为两大类 •对象空间方法（Object Space Methods） •图像空间方法（Image Space Methods）
对象空间方法和图像空间方法
•对象空间是对象三维空间，即对象被定义时所处的坐标 空间。
对象空间方法是对要显示的各个对象及对象的各个 部分进行相互比较，分析对象的三维特性之间的关系， 以确定不可见的表面或者线条的方法。
画家算法的原理：
先把屏幕置成背景色，再把物体的各个面按其离视点的远近进 行排序，离视点远者在表头，离视点近者在表尾，排序结果存在 一张深度优先级表中。
然后按照从表头到表尾的顺序逐个绘制各个面。由于后显示的 图形取代先显示的画面，而后显示的图形所代表的面离视点更近 ，所以由远及近的绘制各面，就相当于消除隐藏面。
Z-Buffer算法（）
{
帧缓存全置为背景色 深度缓存全置为最小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像素(x,y) )
{
计算该多边形在该像素的深度值d(x,y); if (d(x,y)大于Z缓存在(x,y)的值)
{
把d(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
•连贯方法是指利用显示景物具有某些相关特性，可以用来简 化计算。
消隐算法及其分类
从消隐对象角度来看，消隐算法可分为两类：线消 隐和面消隐。
•线消隐的消隐对象是物体上的边，消除的是物体上不 可见的边。
•面消隐的消隐对象是物体上的面，消除的是物体上不 可见的面。
来自百度文库
画家算法
画家算法是把对象空间方法与图像空间方法结合在一起来消除 隐藏面的方法。
多边形的画家算法
Q P a. zmin
zmax
多边形的画家算法
Q <P b. zmin
zmax
多边形的画家算法
c.所有测试失败:
必须对两个多边形在Oxy平面上的投影作求交运算。 计算时不必具体求出重叠部分，在交点处进行深度比较 ，只要能判断出前后顺序即可。
深度缓冲算法
Z缓冲区(Z-Buffer)算法。在这个算法里，不仅需要有 帧缓存来存放每个像素的颜色值，还需要一个深度缓存 来存放每个像素的深度值。
该算法习惯上称为画家算法或深度排序算法。
多边形的画家算法
（1）以每一多边形的zmin作为排序关键码，建立初步的 深度排序表，表中第一个多边形是具有最小z值的多边形 ，记为P。设视点位于z轴方向的无穷远处，则P为离视点 最远的多边形，表中第二个多边形标为Q。
（2）检查表中每个多边形与P的关系。分为3种关系：
③区间中有多条分别属于不同多边形的区段,如图中的区 间[a2, a3]，此时必须计算该区间中每个区段的深度，具 有最大z值的区段为该区间中的可见段，按此可见段所在 多边形的属性进行显示
区间扫描线算法
• 区间
算法描述
for （绘图窗口内的每一条扫描线） { 求投影与当前扫描线相交的所有多边形； 求上述多边形中投影与当前扫描线相交的所有边，将它们记录在活化边表AEL中； 求AEL中每条边的投影与扫描线的交点； 按交点的u坐标将AEL中各边从左到右排序两两配对组成一个区间； for （AEL中每个区间）