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1、常用的消隱算法及總結(jié)數(shù)學(xué)092鄒繼瑤090064摘要：用計算機(jī)生成三維物體的真實圖形是計算機(jī)圖形學(xué)研究的重要內(nèi)容。真實圖形在仿真模擬、幾何造型、廣告影視、指揮控制和科學(xué)計算的可視化等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。經(jīng)過消隱得到的投影圖稱為物體的真實圖形。較常用的消隱算法有畫家算法、Z-Buffer算法及其它一些改進(jìn)算法。消隱算法從算法基本思想、算法描述和算法步驟等方面對畫家算法、Z-Buffer算法和其它改進(jìn)算法進(jìn)行了分析,并得出了它們相關(guān)的特點。關(guān)鍵詞：計算機(jī)圖形學(xué)消隱景物空間消隱圖像空間消隱算法引言：近年來，產(chǎn)生真實的虛擬環(huán)境是計算機(jī)圖形學(xué)孜孜以求的目標(biāo)
2、。在虛擬對象或場景的創(chuàng)建中要用到許多綜合處理過程，每一種都非常令人感興趣也非常重要。計算機(jī)輔助設(shè)計、科學(xué)可視化、模擬訓(xùn)練、醫(yī)療成像、娛樂、廣告等等，所有的這些，都要依賴于當(dāng)今最前沿的計算機(jī)圖形技術(shù)。伴隨著計算機(jī)硬件、軟件的飛速發(fā)展，計算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)也得到了質(zhì)的飛躍。特別是面向?qū)ο蠹夹g(shù)和多媒體技術(shù)取得的成功，使得圖形學(xué)成為計算機(jī)軟件業(yè)中一個重要的分支。而程序設(shè)計方法、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和人工智能等新技術(shù)滲入到計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，又為計算機(jī)圖形學(xué)提供了更加寬闊的發(fā)展空間和強(qiáng)勁動力。計算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖形，并在專用顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和
3、技術(shù)的學(xué)科。主要介紹了計算機(jī)圖形系統(tǒng)的基本知識，圖形生成與顯示的算法，圖形的表示與圖形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，圖形的幾何變換與投影變換，圖形的裁剪技術(shù)，圖形消隱處理，真實感圖形的生成等內(nèi)容。面消隱作為圖形學(xué)中一個分支是本文的一個重要的研究內(nèi)容。一．消隱的基本概念由于屏幕上的一些圖元被另一些圖元擋住所造成的。例如，當(dāng)需要描繪一個由多邊形面組成的三維物體時，那么它的一部分必然要被擋住，要在屏幕上顯示的必須是可見的東西。打個比方，對于一個立方體，無論從哪個方向進(jìn)行透視處理，最多只能看到其中的三個面。這樣，就要想出一種方法來決定哪些面是所能看到的。如果使用從屏幕到世界
4、的視處理方法，那么很自然的就能保證只有圖元上正確的部分才顯示在屏幕上。在這種視處理中，可見性在屏幕的每一個像素上進(jìn)行判斷。從人眼發(fā)出一條射線，穿過一個給定的像素，那么首先與這條射線相交的表面在這一個像素上就是可見的。從這個表面反射的光線能夠進(jìn)入我們的眼睛。用計算機(jī)生成三維物體的真實圖形，是計算機(jī)圖形學(xué)研究的重要內(nèi)容。真實圖形在仿真模擬、幾何造型、廣告影視、指揮控制和科學(xué)計算的可視化。等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在用顯示設(shè)備描述物體的圖形時，必須把三維信息經(jīng)過某種投影變換，在二維的顯示表面上繪制出來。由于投影變換失去了深度信息，往往導(dǎo)致圖形的二義性。要消
5、除二義性，就必須在繪制時消除被遮擋的不可見的線或面，習(xí)慣上稱作消除隱藏線和隱藏面，或簡稱為消隱。經(jīng)過消隱得到的投影圖稱為物體的真實圖形。99消隱算法是把線框圖變成實體圖必要的算法。通過看相關(guān)的報道知道，地面勘測衛(wèi)星，氣象衛(wèi)星等要不斷的向地面的工作站發(fā)送圖片資料來幫助技術(shù)人員進(jìn)行研究。而那個量是非常龐大的，因而接收到圖像時往往是已經(jīng)過壓縮和消隱后得到的圖片。由于最普通的圖元就是多邊形，所以討論的許多技術(shù)都是只針對多邊形模型的。由此將重點討論用于多邊形地形、體素模型的一些技術(shù)，為了能夠更深入的了解消隱有關(guān)的基本知識，做了如下的一些介紹和研究。二．常用的
6、消隱算法消隱算法按其實現(xiàn)方式可分為圖像空間消隱算法和景物空間消隱算法兩大類。圖像空間（屏幕坐標(biāo)系）消隱算法以屏幕像素為采樣單位，確定投影于每一像素的可見景物表面區(qū)域，并將其顏色作為該像素的顯示顏色。景物空間消隱算法直接在景物空間（觀察坐標(biāo)系）中確定視點不可見的表面區(qū)域，并將它們表達(dá)成同原表面一致的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。圖像空間消隱算法有深度緩存器算法、A緩存器算法、區(qū)間掃描線算法等；景物空間消隱算法則包含BSP算法、多邊形區(qū)域排序算法等；介于二者之間的有深度排序算法、區(qū)域細(xì)分算法、光線投射算法等。（1）深度緩存器算法深度緩存器算法最早由Catmull提出，是一
7、種典型的，也是最簡單的圖像空間面消隱算法，但其所需的存儲容量較大，不僅要有幀緩存器來存放每個像素的顏色值，還需要有深度緩存器來存放畫面上每一像素對應(yīng)的可見表面采樣點的深度值。由于通常選擇z軸的負(fù)向為觀察方向，因此算法沿著觀察系統(tǒng)的z軸來計算各景物距離觀察平面的深度，故該算法也稱為Z-buffer算法。Z-buffer算法的原理是：先將待處理的景物表面上的采樣點變換到圖像空間（屏幕坐標(biāo)系），計算其深度值，并根據(jù)采樣點在屏幕上的投影位置，將其深度值與已存貯在Z緩存器中相應(yīng)像素處的原可見點的深度值進(jìn)行比較。如果新的采樣點的深度（z值）大于原可見點的深度，
8、表明新的采樣點遮住了原可見點，則用該采樣點處的顏色值更新幀緩存器中相應(yīng)像素的顏色值，同時用其深度值更新Z緩存器中的深度值；
