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《真實感與非真實感顯示技術(shù)綜述02》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、計算機圖形學(xué)課程設(shè)計題目名稱：真實感與非真實感顯示技術(shù)綜述班級：學(xué)號：學(xué)生姓名：15真實感與非真實感顯示技術(shù)綜述摘要在基于非真實感繪制的實時場景渲染過程中，為了達到更逼真的效果，三維物體在光照作用下產(chǎn)生的陰影需要被實時繪制并能1夠體現(xiàn)設(shè)計者的風(fēng)格。本文利用現(xiàn)代可編程圖形顯示硬件技術(shù)，提出了一種基于陰影線算法的陰影繪制方法，與采用傳統(tǒng)的陰影圖方法繪制陰影的效果相比較，該方法具有更好的藝術(shù)效果。在本系統(tǒng)中,我們主要采用了兩種消隱方法,它們是背面刪除及Z緩沖區(qū)深度排序法。背面刪除法用于單個實體的消隱,而Z緩沖區(qū)深度排
2、序則用于整個3D布景的隱藏面的刪除。通過這兩種類型的隱藏面的消隱方法,我們就可以生成一個真實的3D圖形。關(guān)鍵詞：非真實感繪制陰影圖消隱方法背面刪除法Z緩沖區(qū)深度排序法15一、計算機圖形學(xué)的概念在介紹真實感顯示與非真實感顯示技術(shù)之前，首先簡單了解一下計算機圖形學(xué)的概念。計算機圖形學(xué)（ComputerGraphics，簡稱CG）是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專用的顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。簡單地說，計算機圖形學(xué)就是利用計算機研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。圖形通常由點、線、面、體等幾何
3、元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性組成。圖形的具體應(yīng)用范圍很廣，但是從基本的處理技術(shù)看主要分為兩類：一類是線條式：如工程圖、地圖、曲線圖表、電路的原理圖、曲面的線框圖等（如圖1）；另一類是明暗圖(Shanding)：與照片相似，也就是通常所說的真實感圖形，如汽車、飛機、輪船等的外型設(shè)計以及各種藝術(shù)品造型設(shè)計等（如圖2）。圖1利用線條來模擬人臉為了生成圖形，首先要有原始數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)模型，如工程人員構(gòu)思的草圖，飛機的總體方案模型，企業(yè)經(jīng)營的月統(tǒng)計資料等。這些數(shù)字化的輸入經(jīng)過計算機處理后變成圖形輸出。圖形處理過程
4、15如圖2真實感圖形正如上面所述，在科學(xué)計算的可視化過程中,將計算結(jié)果以圖形方式顯示出來,而三維實體圖形給人以最清新、最直觀、最完美的感覺,二、真實感顯示的消隱方法2.1概述在系統(tǒng)中,我們主要采用了兩種消隱方法,它們是背面刪除及Z緩沖區(qū)深度排序法。背面刪除法用于單個實體的消隱,而Z沖區(qū)深度排序則用于整個3D布景的隱藏面的刪除。通過這兩種類型的隱藏面的消隱方法,我們就可以生成一個真實的3D圖形。觀察現(xiàn)實世界中的物體可以發(fā)現(xiàn),視線一般不會穿透實心物體。近處的物體會遮住遠處的物體,凹多面體物體會遮擋住自身的某些部分。
5、這些看起來似乎很明了、很自然的現(xiàn)象,但要在計算機上實現(xiàn)卻并不簡單。一般來說,三維線框圖不是很逼真,有時還存在二義性。如圖1中所示,其中(a)是未經(jīng)消隱的立方體,此時我們無法確定立方體倒底是按(b)的方向放置的還是按(c)的方向置的。所以在計算機圖形生成中,為了達到較高的逼真性,必須把觀察者所不能看到的線和面從圖形中消去,這一過程稱為隱藏線、隱藏面的未消隱圖形的二意性消除,簡稱消隱[1]。圖3未消隱圖的二意性目前在計算機動畫中所采用的一些主要消隱算法有Z緩沖區(qū)深度排序法、掃描線算法和窗口細分算法。我們的動畫系統(tǒng)中
6、主要采用了兩種消隱方法:背面刪除及Z15緩沖區(qū)深度排序法[5]。背面刪除法用于單個實體的消隱[2],而Z緩沖區(qū)深度排序則用于整個3D布景的隱藏面的刪除。通過這兩種類型隱藏面的消隱方法就真實的3D圖像[6]。這是因為:Z緩沖區(qū)深度排序保證了相機近處的實體會遮住遠的實體,而背面刪除法確保了實體背對相機的表面是不可見的。2.2背面刪除背面刪除用于處理單個3D實體,如立方體、球、錐、鍥等。它檢測并刪那些背對相機的表面(即背對觀察者的表面)。因為每個3D實體都是由表面構(gòu)成的,從相機的視點位置是看不到背對相機的表面的。背面
7、刪除算法建立在平面標準方程的基礎(chǔ)之上,這個方程用于測試相機的XYZ坐標,以判斷相機位于平面的哪一面。[2]因為我們使用B-rep造型時,總是用實體表面頂點的XYZ坐標來描述該表面,這些頂點坐標按逆時針方向排列,實體的每個表面都是一個平面,因而確保了這種測試是可靠的。如果標準方程指出相機位于平面的內(nèi)部,那么該表面就是背對相機的,因而是不可見的；如果標準方程指出相機位于平面的外部,那么該表面就是面對相機的,因而是可見的。相機與平面方向關(guān)系見圖2。下面推導(dǎo)背面刪除判據(jù)的數(shù)學(xué)表達形式。設(shè)以相機（圖2）相機與平面方向的關(guān)
8、系為原點,空間三點的坐標分別為P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),P3(x3,y3,z3),且三點按逆時針方向排列?，F(xiàn)要判斷相機位于過P1、P2、P3三點的平面的哪一側(cè)[8]。2.3Z緩沖區(qū)深度排序Z緩沖區(qū)深度排序法不僅要用幀緩存來存放每個像素的亮度值,而且還需要用Z緩存來存放每個像素的深度值。開始時,各像素的Z緩存置為最大值,幀緩存置為背景色的亮度值。此后,每一個新像
