消隱及真實感處理技術(shù)

消隱及真實感處理技術(shù)第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日線框圖消隱圖真實感圖形第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日消隱技術(shù)線框圖的二義性:第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日物體空間的消隱算法:

物體空間是指物體所在的空間。這類算法是將物體表面的k個多邊形中的每個面與其余k-1個面進行比較，精確地求出物體上每個棱邊或每個面的遮擋關(guān)系。算法的計算量正比于k2。圖象空間的消隱算法：圖象空間是相對于物體空間的，在消隱算法中，圖象空間就是屏幕坐標空間。這類算法對屏幕上的每個象素進行判斷，以決定物體上哪個多邊形在該象素點上是可見的。若屏幕上有m*n個象素點，物體表面上有k個多邊形，則該類消隱算法計算量正比于m*n*k。消隱算法第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日深度緩存算法是一種典型的、也是最簡單的圖象空間消隱算法。YXOZjip1p2屏幕物體R第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日1、ZB為深度緩存，F(xiàn)B為幀緩存，初始化ZB和FB，使得ZB(i,j)=機器最大值，F(xiàn)B(i,j)＝背景顏色。其中，i=1,2,…,m.j=1,2,…n.2、FORj=1,n//第j根掃描線。 FORi=1,m//第j根掃描線上第i個像素。 FORk=1,N//第k個多邊形Pk 2.1令Zij=機器最大值

2.2判斷點（i,j)是否在多邊形Pk在XOY面上的投影多 邊形內(nèi)； 2.2若點(i,j)在Pk的投影多邊形內(nèi)，則計算多邊形Pk 在點(i,j)處的深度值Zij； 2.3比較Zij與ZB(i,j)的大小，若Zij<ZB(i,j)，則令

ZB(i,j)=Zij;FB(i,j)=多邊形Pk的顏色。

第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日優(yōu)點：1、算法簡單，在X、Y和Z方向上沒有進行任何排序，和任何相關(guān)性計算。2、便于硬件實現(xiàn)。現(xiàn)在一般高檔圖形工作站上，除了幀緩存外，還帶有用于消隱的深度緩存，從而克服了深度緩存算法占用大量存儲單元的缺點。3、便于并行處理，進一步提高算法的速度。第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日是介于物體空間消隱和圖象空間消隱的一種方法，在物空間中計算物體上各面可見性的優(yōu)先級，然后在像空間中產(chǎn)生消隱圖。計算物體上各面的可見性的優(yōu)先級，是按多邊形離視點的遠近來進行排序，建立一張優(yōu)先級表。距離視點近的優(yōu)先級高，遠的優(yōu)先級低。生成圖象時，優(yōu)先級低的多邊形先畫，優(yōu)先級高的多邊形后畫。畫家算法（深度排序算法）第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日上圖給出另外幾個更復(fù)雜的情況，無法直接建立正確的深度優(yōu)先表。解決方法是沿多邊形所在平面間的交線循環(huán)分割這些多邊形，至最后可完全確定其優(yōu)先級表。見虛線所示。下圖給出的4種情況均可直接按優(yōu)先級表的順序處理，不必做特殊處理，顯示結(jié)果符合實際情況。zxzxPQPQzxPQzxPQ第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日真實感圖形生成技術(shù)隨著計算機技術(shù)與圖形學(xué)的發(fā)展以及光柵顯示器的出現(xiàn)，加上包括存儲器在內(nèi)的各種計算機硬件的性能提高，使得需要高速計算花大存儲量的真實感圖形生成成為可能。真實感圖形生成技術(shù)需要解決如下技術(shù)：著色光照紋理透明第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日良好的真實感圖形顯示應(yīng)該具備以下特點：能反映物體表面顏色和亮度的細微變化；能表現(xiàn)物體表面的質(zhì)感；能表現(xiàn)光照下的物體陰影，極大地改善場景的深度感和層次感，充分體現(xiàn)物體間的相互遮擋關(guān)系；能模擬透明物體的透明效果和鏡面物體的鏡像效果。第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日決定一個物體的外觀的因素主要有以下幾個方面：1、首先是物體本身的幾何形狀；2、其次是物體的表面特性；包括材料的粗糙度、感光度、表面顏色和紋理等。3、照射物體的光源性質(zhì)。從光源發(fā)出的光有亮有暗、有不同的顏色，我們可以用光的波長和光的強度來描述。光源還有點光源、線光源、面光源和體光源之分。4、物體與光源的相對位置。相對位置決定了物體反射光線的情況，決定了高光區(qū)，背光區(qū)等在物體上的位置。5、最后是物體周圍的環(huán)境。它們通過對光的反射和折射，形成環(huán)境光，在物體表面上產(chǎn)生一定的照度。第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日簡單光反射模型用簡單光反射模型模擬光，照射到物體表面時，產(chǎn)生了光的反射。反射光主要由漫反射光、環(huán)境光和鏡面光三部分組成。漫反射模型可以用Lambert余弦定理描述，如圖所示，設(shè)物體表面在P點的法向N，從P點指向光源的向量為L，兩者的夾角為。于是，點P處的漫反射光的強度為：Id=Ip·Kd·cos,02這里，Ip為入射光的強度，即點光源的光強；Kd為漫反射系數(shù)，是0～1之間的一個常數(shù)，取決于物體的材料屬性和入射光的波長；為光線入射角。NL第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日環(huán)境光是光在物體和周圍環(huán)境之間多次反射的結(jié)果，它不是直接來自光源，而是來自周圍的環(huán)境對光的反射。環(huán)境光的特點是：照射在物體上的光來自周圍各個方向，又均勻地向各個方向反射。設(shè)Ia為環(huán)境光的強度，于是，P點對環(huán)境光的反射強度為Ie=Ia·KaP第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日鏡面反射光鏡面反射的特點：光源來自一個方向，反射光集中在反射方向。如圖鏡面反射模型又稱Phong模型，可以表示為：Is=Ip·Ks·cosn其中，Is為鏡面反射光在觀察方向上的光強，Ip為點光源的強度，Ks為鏡面反射系數(shù)，為視點方向V與鏡面反射方向R之間的夾角，n是與物體表面光滑有關(guān)的一個常數(shù)，一般取為1～2000，表面越光滑，n越大。NLRV綜上所述，從視點觀察到物體上任一點P處的顏色和亮度I應(yīng)為漫反射光強Id，環(huán)境光反射光強Ie及鏡面反射光強Is的總和，即I＝Id+Ie+Is第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日多邊形的明暗處理：Gouraud明暗處理I1(x1,y1)I4(x4,y4)I2(x2,y2)I3(x3,y3)Ia(xa,ys)Ib(xb,ys)Is改寫為增量形式。當ys由j變?yōu)閖+1時對多邊形頂點的光亮度作雙線性插值第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日其中：xs由i增加為i+1時I1(x1,y1)I4(x4,y4)I3(x3,y3)Ia(xa,ys)Ib(xb,ys)Is第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日1、計算多邊形法向；2、計算頂點的法向；3、計算頂點的亮度；4、插值計算中間點的亮度；1、仍然用雙線性插值，用增量式，減少計算量。2、對頂點法向量進行插值，而不是對亮度插值。3、對每個象素，由插值得到法向量計算各自的亮度。4、仍然假定光源和視點都在無窮遠。每點的亮度僅是該點的法向量的函數(shù)。I1(x1,y1)I4(x4,y4)I3(x3,y3)Ia(xa,ys)Ib(xb,ys)Is多邊形的明暗處理：Phone明暗處理對多邊形頂點的法向量作雙線性插值第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日改寫為增量形式。當ys由j變?yōu)閖+1時N1(x1,y1)N4(x4,y4)N2(x2,y2)N3(x3,y3)Na(xa,ys)Nb(xb,ys)Is第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日其中：xs由i增加為i+1時Gourand明暗法與Phone方法的最主要的區(qū)別是:

Gourand方法是對亮度插值，Phone方法是對頂點法向量插值。第二十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日光線跟蹤算