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1、常用的消隱算法及總結數(shù)學092鄒繼瑤090064摘要：用計算機生成三維物體的真實圖形是計算機圖形學研究的重要內(nèi)容。真實圖形在仿真模擬、幾何造型、廣告影視、指揮控制和科學計算的可視化等許多領域都有廣泛應用。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算法和其它改進算法進行了分析,并得出了它們相關的特點。關鍵詞：計算機圖形學消隱景物空間消隱圖像空間消隱算法引言：近
2、年來，產(chǎn)生真實的虛擬環(huán)境是計算機圖形學孜孜以求的目標。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。計算機輔助設計、科學可視化、模擬訓練、醫(yī)療成像、娛樂、廣告等等，所有的這些，都要依賴于當今最前沿的計算機圖形技術。伴隨著計算機硬件、軟件的飛速發(fā)展，計算機圖形學技術也得到了質的飛躍。特別是面向對象技術和多媒體技術取得的成功，使得圖形學成為計算機軟件業(yè)中一個重要的分支。而程序設計方法、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和人工智能等新技術滲入到計算機圖形學領域，又為計算機圖形學提供了更加寬闊
3、的發(fā)展空間和強勁動力。計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉換成圖形，并在專用顯示設備上顯示的原理、方法和技術的學科。主要介紹了計算機圖形系統(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)結構，圖形的幾何變換與投影變換，圖形的裁剪技術，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
4、的東西。打個比方，對于一個立方體，無論從哪個方向進行透視處理，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入我們的眼睛。用計算機生成三維物體的真實圖形，是計算機圖形學研究的重要內(nèi)容。真實圖形在仿真模擬、幾何造型
5、、廣告影視、指揮控制和科學計算的可視化。等許多領域都有廣泛應用。在用顯示設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，往往導致圖形的二義性。要消除二義性，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。消隱算法是把線框圖變成實體圖必要的算法。通過看相關的報道知道，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人員進行研究。而那個量是非常
6、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，為了能夠更深入的了解消隱有關的基本知識，做了如下的一些介紹和11研究。二．常用的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（觀察坐標系）
7、中確定視點不可見的表面區(qū)域，并將它們表達成同原表面一致的數(shù)據(jù)結構。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的可見表面采樣點的深度值。由于通常選擇z軸
8、的負向為觀察方向，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緩存器中相應像素處的原可見點的深度值進行比較。如果新的采樣點的深度（z值）大于原可見點的深度，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像素的顏色值，同時用其深度值更新Z緩存器中的深度值；
