問題 buffer 逆時針 是否 常用 檢測 size 交點 基礎

第四講 消隱算法

一、消隱

消隱：（消除二義性）就是必須在繪制時消除被遮擋的不可見的線或面，習慣上稱作消除隱藏線和隱藏面；

消隱不僅與消隱對象有關還與觀察者的位置有關。

1.1消隱的分類

1.1.1按消隱對象分類
（1）線消隱：消隱對象是物體上的邊，消除的是物體上不可見的邊。
（2）面消隱：消隱對象是物體上的面，消除的是物體上不可見的面，通常做【真實感圖形】消隱時用面消隱。

1.1.2按消隱空間分類
（1）物體空間消隱算法：以場景中的【物體】為處理單元，假設場景中有k個物體，將其中一個物體與其余k-1個物體逐一比較，僅顯示它可見表面以達到消隱的目的，通常用於【線框圖】的消隱。
1.Roberts算法：要求所有被顯示的物體都是凸的

，對於凹體要先分割成多個凸體的組合。【計算量甚大】
2.光線投射法：一條視線與場景中的物體可能有許多交點，求出這些交點後需要排序，在前面的才能被看到。
光線投射：是求光線（視線，如視點與象素連成的線）與場景的交點。

（2）圖像空間消隱算法：以屏幕窗口內的每個【象素】為處理單元。確定在每一個象素處，場景中的k個物體哪一個距離觀察點【最近】，從而用它的顏色來顯示該象素。【消隱算法的主流】

畫家算法：要做到去除隱藏面的最簡單的方法。如果一個場景中有許多物體，就是先畫遠的東西，再畫近的東西。這樣一來，近的東西自然就會蓋住遠的東西。

這張圖片由於三個部分互相疊加，無法判斷誰最遠誰最近，所以用畫家算法就無法解決。
——>畫家算法只能解決【簡單場景】

的消隱問題。

1.Z-buffer算法（深度緩沖器算法）

幀緩沖器對應數組：intensity(x,y)——>屬性數組（幀緩沖器）
存儲圖像每個空間可見象素的光強或顏色
深度緩沖器對應數組：depth(x,y)——>深度數組（z-buffer）
存放圖像空間每個可見象素的z坐標

假設xoy面為投影面，z軸為觀察方向，過屏幕上任意象素點(x,y)做平行於z軸的射線R，與物體表面相交於p1,p2點，p1和p2點的z值稱為該點的深度值，z-buffer算法比較p1和p2的z值，將最大的z值存入z緩沖器中，顯然屏幕上(x,y)顯示p1點的顏色。

【算法思想】

先將Z緩沖器中各單元的初始值置為最小值，當要改變某個象素的顏色值時，首先檢查當前多邊形的深度值是否大於該象素原來的深度值（保存在該象素所對應的Z緩沖器的單元中），如果大於原來的Z值，說明當前多邊形更靠近觀察點，用它的顏色替換原象素的顏色。

【優點】

（1）Z-buffer算法比較簡單，直觀；
（2）在象素上以近物取代遠物，與物體在屏幕上的出現順序無關，有利於硬件實現。

【缺點】
（1）占用空間大；
（2）沒有利用圖形的相關性與連續性；
（3）該算法是在象素級上的消隱算法。

對缺點進行改進：
【1>並不需要開辟一個與圖像大小相等的深度緩存數組，只用一個深度緩存變量zb的改進算法】
【關鍵問題】
1.判斷象素點(i，j)是否在pk的投影多邊形之內，不是一件容易的事，節省了空間但犧牲了時間。
2.計算多邊形pk在點(i,j)處的深度。設多邊形pk的平面方程


【點與多邊形的包含性檢測】
（1）射線法

由被檢測點p處向y=負無窮方向作射線，交點個數為奇數，則被檢測點在多邊形內部，交點個數為偶數表示在多邊形外部。

若射線正好經過多邊形的頂點， 則采用“左開右閉”的原則來實現，也就是，當射線與某條邊的頂點相交時，若邊在射線的左側，交點有效，計數，若邊在射線的右側交點無效，不計數。

【射線法弊端】
1.計算量大

2.不穩定

（2）弧長法

以p點為圓心，作單位圓，把邊投影到單位圓上，對應一段段弧長，規定逆時針為正，順時針為負，計算弧長代數和。
代數和為0，點在多邊形外部；
代數和為2π，點在多邊形內部；
代數和為π，點在多邊形邊上。
【穩定——>假如算出來代數和不是0，而是0.2、0.1，那麽基本上可以斷定這個點在外部，可以認為是計算誤差引起的，實際上是0】
【效率不高——>弧長並不容易求】

（3）以頂點符號為基礎的弧長累加方法


p是被測點，按照弧長法，p點的代數和為2π，現在，不計算角度，以如下規定取代原來的弧長計算

同一個象限認為是0，跨過一個象限是π/2，跨過兩個象限是π。

消隱算法（一）——Z-buffer算法