第八章-消隐技术课件.ppt
第八章 消 隐 技 术8.1 基本概念一.为什么要消隐 因 为 计 算 机 图 形 处 理 的 过 程 中，不 会 自 动 消 去 隐 藏 部 分，相反会将所有的线和面都显示出来。问题：对于线画图形会出现多义性。对于光栅扫描着色的面图形则会导致图形错误。要增强图形的真实感必须进行消隐处理。二.消隐的分类 1.消除隐藏线 对于采用物体的棱线或轮廓线表示的线画图形，应消去物体本身看不见的棱线和轮廓线部分，以及因物体间的互相遮挡而被隐藏的棱线和轮廓线。2.消除隐藏面 对 于 采 用 光 栅 扫 描 着 色 方 法（即 采 用 物 体 表 面 不 同 的 明 暗度）绘 制 的 图 形，应 消 除 物 体 上 看 不 见 的 面 以 及 因 物 体 间 的 互相遮挡而被隐藏的面。与此相对应，消隐的算法也可分为两种：第一种方法是以场景中的物体为处理单元，将一个物体与其余的 k 1 个物体逐一比较，仅显示它可见的表面以达到消隐的目的。此类算法通常用于消除隐藏线。假定场景中有 k 个物体，平均每个物体的表面由 h 个多边形构成，其计算复杂度为 O(kh)2)。算法描述如下：for(场景中的每一个物体)将该物体与场景中的其它物体进行比较，确定其表面的可 见部分；显示该物体表面的可见部分；三.消隐算法中常用的处理技术 1.排序 确定物体间遮挡关系的要素：视点位置 视线方向 按观察方向上离视点（投影参考点）的远近（通常用 z 值来表示）排序。2.测试 用以判断点与面、线与面、面与面之间的关系。u(x)v(y)n(z)视点z 值包含测试：测试空间点的投影是否在某个空间多边形的投影内，若在，则可能存在遮挡关系；若不在，则不存在遮挡关系。测试方法：从空间点的投影开始向与 y 轴平行的方向作射线，计算该射线与空间多边形的投影的交点个数，若为奇数，则点的投影在多边形的投影内；若为偶数，则点的投影不在多边形的投影内。xy特殊情况左闭右开重叠测试：测试两个空间多边形的投影是否重叠，若重叠，则可能存在遮挡关系；若不重叠，则不存在遮挡关系。测试方法：1.利用相关性（连贯性）物体的相关性：若物体 A 与物体 B 是完全相互分离的，消隐时只需比较 A、B 两物体之间的遮挡关系，而不需对其表面多边形逐一进行测试。面的相关性：一个面内的各种属性值（坐标值、灰度值等）一般都是缓慢变化的，可采用简单增量方式进行计算。区域相关性：一个区域是指屏幕上一组相邻的像素，它们通常属于同一个可见面。区域相关性表现在一条扫描线上时,即为扫描线上的每个区间内只有一个面可见。扫描线相关性：在相邻的两条扫描线上，可见面的分布情况相似。深度相关性：物体的同一表面上的相邻部分深度是相近的。2.包围盒技术 用于对物体间的某些关系进行比较和测试，从而可避免盲目的求交运算，减少计算量，提高效率。一个好的包围盒要具有两个条件：（1）包围盒充分紧密包围着形体；（2）对其的测试比较简单。二维图形-包围框（重叠测试）；三维物体-包围盒、包围球。4.将透视投影转换成平行投影 消隐与透视关系密切,体现有：1）消隐必须在投影之前完成；2）物体之间的遮挡关系与投影中心（视点）的选 取有关；3）物体之间的遮挡关系与投影方式有关6.复杂度比较：不妨假定每个小区域的相关物体表中平均有h 个物体，场景中有k 个物体，由于物体在场景中的分布是分散的，显然h 远小于k。根据第二种消隐方法所述，其算法复杂度为O(h*h),远小于O(k*k)。7.物体分层表示 表示形式：模型变换中的树形表示方式 原理：减少场景中物体的个数，从而降低算法复杂度。方法：将父节点所代表的物体看成子节点所代表物体的包围盒，当两个父节点之间不存在遮挡关系时，就没有必要对两者的子节点做进一步测试。父节点之间的遮挡关系可以用它们之间的包围盒进行预测试。2.算法 初始化：ZB(i,j)=机器最大值；FB(i,j)=背景色。for(j=1;j=n;j+)/*共有 n 根扫描线*/for(i=1;i=m;i+)/*每根扫描线上有 m 个像素点*/for(k=1;k=p;k+)/*共有 p 个多边形*/判断像素点(i,j)是否在多边形Fk在投影面上的投影内;若(i,j)在多边形Fk的投影内，计算多边形Fk上对应于 像素点(i,j)处的深度值 Zi,j;if(Zi,j ZB(i,j)ZB(i,j)=Zi,j;FB(i,j)=多边形Fk的颜色 else 不作处理 3.算法实现中的关键问题 判断点(i,j)是否在多边形Fk在投影面上的投影内 解决办法：采用包含测试。计算多边形Fk在点(i,j)处的深度值 Zi,j 若多边形Fk的平面方程为：ax+by+cz+d=0 若 c 0，则 ai+bj+d c 若 c=0，则多边形Fk的法线方向与 Z 轴垂直，Fk在投影面上的投影为一条直线，可不予考虑。Zi,j=4.算法的特点 简单 不需要将所有的多边形按离视点的远近排序，其算法的复 杂度只与多边形的个数成正比。需要有一个较大容量的 ZBuffer。5.算法的改进 采用包围框技术，提高算法的效率。采用硬件 ZBuffer 来实现。6.算法的进一步改进 采用分区处理方法。利用相关性。8.3 列表优先算法（画家算法）基本思路：根据物体上各个面（多边形）距离视点的远近进行排序，建立一张优先级表。约定距离视点近的优先级高，距离视点远的优先级低。生成图象时，优先级低的多边形先画，优先级高的多边形后画。关键问题：在深度方向上对多边形进行正确的排序。ABC分离面PDExyzo空中小三角形面片xyo算法描述：for(v=0;vvmax;v+)for(u=0;uumax;u+)形成通过像素(u,v)的投影线；for(场景中每一个多边形）将投影线与多边形求交；if(有交点）以最近交点所属多边形的颜色显示像素(u,v)else 以背景色显示像素(u,v)；
