计算机图形学第5讲图形消隐.ppt
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1、地球科学与信息物理学院地球科学与信息物理学院GISGIS中心中心 1 图形消隐图形消隐 2图形消隐图形消隐l基本概念基本概念l提高消提高消隐算法效率的常用方法算法效率的常用方法l画家算法画家算法lZ缓冲器算法冲器算法l扫描描线Z缓冲器算法冲器算法lOpenGL相关函数相关函数3l问题n投影投影变换失去了深度信息,往往失去了深度信息,往往导致致图形的二形的二义性及失去性及失去遮遮挡关系关系失去遮挡关系失去遮挡关系基本概念基本概念基本概念基本概念l要消除二要消除二义性和保持遮性和保持遮挡关系,就必关系,就必须在在绘制(投影)制(投影)时消除被遮消除被遮挡的不可的不可见的的线或面,或面,习惯上称作上
2、称作l消除消除隐藏藏线(HiddenLineRemoval)l消除消除隐藏面(藏面(HiddenSurfaceRemoval)l简称称为消消隐45l消消隐的的对象象n三三维物体物体n三三维体的表示主要采用体的表示主要采用边界(多界(多边形)表示形)表示l消消隐结果果n与与观察物体有关,也与察物体有关,也与视点位置和方向有关点位置和方向有关线框图线框图 消隐图消隐图 真实感图形真实感图形基本概念基本概念6l消隐分类消隐分类n消除隐藏线:消除不可见线消除隐藏线:消除不可见线线框表示物体线框表示物体n消除隐藏面:确定可见面(消除不可见面)消除隐藏面:确定可见面(消除不可见面)表面表示物体表面表示物体
3、基本概念基本概念7基本概念基本概念l世界坐世界坐标系系用用户用来定用来定义图形的坐形的坐标系,主要用于系,主要用于计算机算机图形形场景中所有景中所有图形形对象的空象的空间定位和定定位和定义。l观察坐察坐标系系可以在世界坐可以在世界坐标系的任何位置、任何方向定系的任何位置、任何方向定义,通常以,通常以视点的位置点的位置为原点,通原点,通过用用户指定的一个向上的指定的一个向上的观察向量察向量来定来定义整个坐整个坐标系系统。unvP0(x0,y0,z0)xyz8基本概念基本概念l将世界坐标系中的三个坐标轴转换为与观察坐标系的三个将世界坐标系中的三个坐标轴转换为与观察坐标系的三个坐标轴对应重合的逆变换
4、坐标轴对应重合的逆变换n平移变换,将观察参考点移到世界坐标系的原点处平移变换,将观察参考点移到世界坐标系的原点处n旋转变换,将旋转变换,将u,v,n分别对应到分别对应到x,y,z即绕即绕x轴旋转轴旋转角,绕角,绕y轴旋转轴旋转角,绕角,绕z轴旋转轴旋转角角消除隐藏线消除隐藏线l体体=n个面个面l基本运算基本运算n线线间求交运算求交运算n线面面间求交运算求交运算9消除隐藏线消除隐藏线l平面平面对直直线段的遮段的遮挡判断算法判断算法n思路:先做思路:先做简单判断,将判断,将计算量算量较大的判断留到后面做大的判断留到后面做10消除隐藏线消除隐藏线l(1)若若线段的两端点及段的两端点及视点在点在给定平
5、面的同定平面的同侧,线段段不被不被给定平面遮定平面遮挡l(2)若若线段的投影与平面投影的包段的投影与平面投影的包围盒无交,盒无交,线段不段不被被给定平面遮定平面遮挡,转7l11消除隐藏线消除隐藏线l(3)求直求直线与相与相应无无穷平面的交。若无交点,平面的交。若无交点,转4。否。否则,交点在交点在线段内部或外部。若交点在段内部或外部。若交点在线段内部,交点将段内部,交点将线段分成两段,与段分成两段,与视点同点同侧的一段不被遮的一段不被遮挡,另一段,另一段在在视点异点异侧,转4再判;若交点在再判;若交点在线段外部,段外部,转4。12P0l(4)求所剩求所剩线段的投影与平面段的投影与平面边界投影的
6、所有交点。界投影的所有交点。若无交点,若无交点,转513P0P1P2P3P4P5l(5)以上所求得的各交点将以上所求得的各交点将线段的投影分成若干段,段的投影分成若干段,求出第一段中点。求出第一段中点。l(6)若第一段中点在平面的投影内,若第一段中点在平面的投影内,则相相应的段被遮的段被遮挡,否,否则不被遮不被遮挡;其他段的遮;其他段的遮挡关系可依次交替关系可依次交替取取值进行判断。行判断。14P0P1P2P3P4P5消除隐藏线消除隐藏线HiddenLineRemove()坐标变换;坐标变换;for(对每个面对每个面Fj)for(Fj的每一条边的每一条边Ei)将二元组将二元组压入堆栈压入堆栈W
7、hile(栈不空栈不空)=栈顶;栈顶;for(j!=j0的每一个面的每一个面Fj)if(Ei被被Fj全部遮挡全部遮挡)将将Ei清空;清空;break;if(Ei被被Fj部分遮挡部分遮挡)从从Ei中将被遮挡的部分裁掉;中将被遮挡的部分裁掉;if(Ei被分成若干段被分成若干段)取其中的一段作为当前取其中的一段作为当前Ei段;段;将其它段及相应的将其它段及相应的j压栈压栈;if(Ei段不为空段不为空)显示显示Ei;While(栈不空栈不空)=栈顶;栈顶;for(j!=j0的每一个面的每一个面Fj)if(Ei被被Fj全部遮挡全部遮挡)将将Ei清空;清空;break;if(Ei被被Fj部分遮挡部分遮挡)
8、从从Ei中将被遮挡的部分裁掉;中将被遮挡的部分裁掉;if(Ei被分成若干段被分成若干段)取其中的一段作为当前取其中的一段作为当前Ei段;段;将其它段及相应的将其它段及相应的j压栈压栈;if(Ei段不为空段不为空)显示显示Ei;15分治策略分治策略简单的剔除简单的剔除求每条边上的遮挡求每条边上的遮挡16l面消面消隐算法分算法分类n投影窗口内的像素投影窗口内的像素为处理理单元元确定最近点确定最近点for(窗口内的每一个像素窗口内的每一个像素)确定距确定距视点最近的物体,以点最近的物体,以该物体表面的物体表面的颜色来色来显示像素示像素图像空间图像空间image-space基本概念基本概念17l面消面
9、消隐算法分算法分类(续)n场景中的物体景中的物体为处理理单元元物体上的面是否最近物体上的面是否最近for(for(场景中的每一个物体场景中的每一个物体)将其与场景中的其它物体比较,确定其表面的可见部分;将其与场景中的其它物体比较,确定其表面的可见部分;显示该物体表面的可见部分;显示该物体表面的可见部分;物体空间物体空间object-space基本概念基本概念18提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法l主要技术主要技术1.利用连贯性(利用连贯性(SpatialCoherence)n相邻物体的属性之间有一定的连贯性,其属性值通常是平相邻物体的属性之间有一定的连贯性,其属性值通常是平缓
10、过渡的,如颜色值、空间位置关系等缓过渡的,如颜色值、空间位置关系等n包括包括:u物体连贯性物体连贯性u面的连贯性面的连贯性u区域连贯性区域连贯性u扫描线连贯性扫描线连贯性u深度连贯性深度连贯性19提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法l包包围盒技盒技术定定义:一个形体的包:一个形体的包围盒指的是包盒指的是包围它的它的简单形体形体两个条件两个条件u包包围盒充分盒充分紧密包密包围着形体着形体u对其的其的测试比比较简单主要包主要包围盒盒u长方体方体u正方体正方体u球球20提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法作用作用避免盲目求交避免盲目求交n两个空两个空间多多边形形A、B
11、在投影平面上的投影分在投影平面上的投影分别为A,B,因,因为A、B的矩形包的矩形包围盒不相交,盒不相交,则A、B不相交,不相交,无无须进行遮行遮挡测试n一般情况下,判断两物体是否遮一般情况下,判断两物体是否遮挡时,前一种情况大量存,前一种情况大量存在,避免了物体在,避免了物体间的复的复杂相交相交测试21提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法l背面剔除背面剔除n外法向:外法向:规定每个多定每个多边形的外法向都是指向物体外部的形的外法向都是指向物体外部的n前向面:若多前向面:若多边形的外法向与投影方向(形的外法向与投影方向(观察方向)的察方向)的夹角角为钝角,称角,称为前向面前向面n
12、后向面:若多后向面:若多边形的外法向与投影方向(形的外法向与投影方向(观察方向)的察方向)的夹角角为锐角,称角,称为后向面(背面)后向面(背面)夹角为夹角为180u投影方向投影方向2210.2 提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法n剔除依据:背面剔除依据:背面总是被前向面所遮是被前向面所遮挡,从而不可,从而不可见前向面前向面 后向面后向面JEAF、HCBG、JIHGF为为后向面后向面CGV VABDEFHIJN NVnVn23提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法l空空间分割技分割技术n遮遮挡判断依据:判断依据:场景中的物体,它景中的物体,它们的投影在投影平的投影
13、在投影平面上是否有重叠部分?面上是否有重叠部分?n对于根本不存在相互遮于根本不存在相互遮挡关系的物体,关系的物体,应避免避免这种不种不必要的必要的测试n原因:物体在原因:物体在场景中分散,有些物体的投影相距甚景中分散,有些物体的投影相距甚远,不会存在遮不会存在遮挡关系关系n方法:将投影平面上的窗口分成若干小区域;方法:将投影平面上的窗口分成若干小区域;为每个每个小区域建立相关物体表,表中物体的投影与小区域建立相关物体表,表中物体的投影与该区域有区域有相交部分;相交部分;则在小区域中判断那个物体可在小区域中判断那个物体可见时,只要,只要对该区域的相关物体表中的物体区域的相关物体表中的物体进行比行
14、比较提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法l将投影平面上的窗口分成若干小区域将投影平面上的窗口分成若干小区域2425提高消隐算法效率的常用方法提高消隐算法效率的常用方法l物体的分物体的分层表示表示n表示形式:模型表示形式:模型变换中的中的树形表示方式形表示方式n原理:减少原理:减少场景中物体的个数,从而降低算法复景中物体的个数,从而降低算法复杂度度26方法:将父方法:将父节点所代表的物体看成子点所代表的物体看成子节点所代表物体的包点所代表物体的包围盒,当两个父盒,当两个父节点之点之间不存在遮不存在遮挡关系关系时,就没有必,就没有必要要对两者的子两者的子节点做点做进一步一步测试。父
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