消隱及真實(shí)感處理技術(shù)

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1、消隱及真實(shí)感圖形生成技術(shù)觀察空間的定義及轉(zhuǎn)換三維裁剪投影消隱消隱投影光照效果生成投影線框圖消隱圖真實(shí)感圖形三維形體線框圖消隱圖真實(shí)感圖形消隱技術(shù)線框圖的二義性: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(gè)多邊形中的每個(gè)面與其余k-1個(gè)面進(jìn)行比較，精確地求出物體上每個(gè)棱邊或每個(gè)面的遮擋關(guān)系。算法的計(jì)算量正比于k2。圖象空間的消隱算法：圖象空間是相對(duì)于物體空間的，在消隱算法中，圖象空間就是屏幕坐標(biāo)空間。這類算法對(duì)屏幕上的每個(gè)象素進(jìn)行判斷，以決定物體上哪個(gè)多邊形在該象素點(diǎn)上是可見的。若屏幕上有m*n個(gè)象素點(diǎn)，物體表面上有k個(gè)多邊形，則該類消隱算法計(jì)算量正比于m*n*

2、k。消隱算法深度緩存算法是一種典型的、也是最簡(jiǎn)單的圖象空間消隱算法。YXOZjip1p2屏幕物體R1、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(jī)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(gè)像素。FORk=1,N//第k個(gè)多邊形Pk2.1令Zij=機(jī)器最大值2.2判斷點(diǎn)（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(diǎn)(i,j)在Pk的投影多邊形內(nèi)，則計(jì)算多邊形Pk在點(diǎn)(i,j)處的深度值Zij；2.3比較Zij與ZB(i,j)的大小，若

3、Zij

4、先級(jí)高的多邊形后畫。畫家算法（深度排序算法）上圖給出另外幾個(gè)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(jí)表。見虛線所示。下圖給出的4種情況均可直接按優(yōu)先級(jí)表的順序處理，不必做特殊處理，顯示結(jié)果符合實(shí)際情況。zxzxPQPQzxPQzxPQ真實(shí)感圖形生成技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)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(chǔ)器在內(nèi)的各種計(jì)算機(jī)硬件的性能提高，使得需要高速計(jì)算花大存儲(chǔ)量的真實(shí)感圖形生成成為可能。真實(shí)感圖形生成技術(shù)需要解決如下技術(shù)：著色光照紋理透明良好的真實(shí)感圖形顯示應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：能反映物體表面顏色和亮度

5、的細(xì)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(chǎng)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。決定一個(gè)物體的外觀的因素主要有以下幾個(gè)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(qiáng)度來描述。光源還有點(diǎn)光源、線光源、面光源和體光源之分。4、物體與光源的相對(duì)位置。相對(duì)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(duì)光的反射和

6、折射，形成環(huán)境光，在物體表面上產(chǎn)生一定的照度。簡(jiǎn)單光反射模型用簡(jiǎn)單光反射模型模擬光，照射到物體表面時(shí)，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(diǎn)的法向N，從P點(diǎn)指向光源的向量為L，兩者的夾角為?。于是，點(diǎn)P處的漫反射光的強(qiáng)度為：Id=Ip·Kd·cos?,0?????2這里，Ip為入射光的強(qiáng)度，即點(diǎn)光源的光強(qiáng)；Kd為漫反射系數(shù)，是0～1之間的一個(gè)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(duì)光的反射

7、。環(huán)境光的特點(diǎn)是：照射在物體上的光來自周圍各個(gè)方向，又均勻地向各個(gè)方向反射。設(shè)Ia為環(huán)境光的強(qiáng)度，于是，P點(diǎn)對(duì)環(huán)境光的反射強(qiáng)度為Ie=Ia·KaP鏡面反射光鏡面反射的特點(diǎn)：光源來自一個(gè)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(qiáng)，Ip為點(diǎn)光源的強(qiáng)度，Ks為鏡面反射系數(shù)，?為視點(diǎn)方向V與鏡面反射方向R之間的夾角，n是與物體表