真实感图形生成参考

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1、计算机图形学高级话题--真实感图形生成引言对于场景中的物体、要得到它的真实感图形，就要对它进行透视投影，并消除隐藏面，然后计算可见面的光照明暗效果，最后在计算机中绘制出让观察者有身临其境感觉的图形.6.1消隐消隐的概念消隐算法分类消隐算法深度缓存器算法区间扫描线算法深度排序算法区域细分算法光线投射算法BSP树算法多边形区域排序算法消隐的概念用计算机生成三维物体的真实图形,在用显示设备描述物体的图形时，必须把三维信息经过某种投影变换，在二维的显示表面上绘制出来。由于投影变换失去了深度信息，往往导致图形的二义性。

2、要消除二义性，就必须在绘制时消除被遮挡的不可见的线或面，习惯上称作消除隐藏线和隐藏面，或简称为消隐。消隐实例物体的线框图经消隐处理后的图形消隐算法分类按其实现方式分为:图象空间消隐算法图象空间(屏幕坐标系)消隐算法以屏幕像素为采样单位,确定投影于每一个像素的可见景物表面区域,并将其颜色作为该像素的显示颜色景物空间消隐算法直接在景物(观察坐标系)中确定视点不可见的表面区域,并将它们表达成同原表面一致的数据结构深度缓存器算法深度缓存器算法最早由Catmull提出的,是一种典型的,最简单的图象空间面消隐算法.该算法

3、也称为Z-buffer算法算法的原理算法的实现步骤算法的特点深度缓存器算法原理先将待处理的景物表面上的采样点变换到图象空间(屏幕坐标系)，计算其深度值。根据采样点在屏幕上的投影位置，将其深度与已存储在Z缓存器中的相应像素处的原可见点的深度值进行比较。如果新的采样点的深度值大于原可见点的深度，表明新的采样点遮住了原可见点，则采用该采样点处的颜色更新帧缓存器中相应像素的颜色，同时用其深度值更新Z缓存器中的深度值。否则，不作修改。Z-Buffer算法的特点优点:形体在屏幕上的出现顺序是无关紧要的,算法简单;便于硬件

4、实现。缺点:占用空间大不利于实现反走样、透明和半透明等处理画家算法画家算法又称深度优先级表法，它是深度排序算法的一种具体实现。先画远景，再画中景，最后画近景。区域分割算法区域分割算法将投影平面分割成区域，考察区域内的图象。如果容易决定在这个区域内某些多边形是可见的，那么就可以显示那些可见的多边形，完成对这一区域的显示任务。否则，就将区域再分割成小的区域，对小的区域递归地进行判断。由于区域逐渐变小，在每个区域内的多边形逐渐变少，最终总可以判定哪些多边形是可见的。这个算法利用的区域的相关性，这种相关性是指位于适当

5、大小的区域内的所有象素，表示的其实是同一个表面。光线投射（raycasting）建立于几何光学的基础之上，它沿光线的路径追踪可见面，是一种有效的可见性判别手段。由于场景中有无限多条光线，而我们仅对穿过像素的光线感兴趣，因此可考虑从像素出发，逆向跟踪射入场景的光线路径。光线投射算法对于包含曲面，特别是球面的场景有很高的效率。像素一条由象素点射入场景的视线光线投射算法可以看做是深度缓冲器算法的一种变形。在深度缓冲器算法，每次处理一个表面并对表面上的每个投影点计算深度值。计算出来的值与以前保存的深度进行比较，从而确

6、定每个像素所对应的可见表面。在光线投射算法中，每次处理一个像素，并沿光线的投射路径计算出该像素所对应的所有表面的深度值。光线跟踪技术通过追踪多条光线在场景中的路径，以得到多个物体表面所产生的反射和折射效果。而在光线投射中，跟踪的光线仅从每个像素到最近的物体为止。真实感图形的绘制消隐能反映景物间的相互遮挡关系,能够增强图形的深度感和层次感.如何利用计算机进行真实感图形的绘制呢?真实感图形的绘制步骤场景造型采用数学方法建立三维场景的几何描述并输入到计算机取景变换、透视投影将三维几何描述转换为二维透视图的内容视域裁

7、剪、消除隐藏面确定景物中的所以可见面,将视域之外或其它景物遮挡的不可见面消除绘制真实感图形根据一定的光照模型和光强度计算,将其转换为适合图形设备的颜色值,生成投影画面上每个像素的光强度,让观察者产生身临其境的感觉基本概念—颜色颜色要产生具有高度真实感的图形，颜色是最重要的部分。在我们的光照明模型中，通常只要分别计算R、G、B三个分量的光强值，就可以得到某个象素点上的颜色值，给人以某种颜色的感觉。我们从人体视觉的角度出发，介绍计算机图形学中颜色和视觉的一些相关知识。颜色的三特性颜色有如下三个特性：色调(Hue)

8、、饱和度(Saturation)和亮度(Lightness)。色调，是一种颜色区别于其它颜色的因素，也就是我们平常所说的红、绿、蓝、紫等；饱和度是指颜色的纯度，鲜红色饱和度高，而粉红色的饱和度低。与之相对应，从光学物理学的角度出发，颜色的三个特性分别为：主波长(DominantWavelength)、纯度(Purity)和明度(Luminance)。主波长是产生颜色光的波长，对应于视觉感知的色调；光