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1、消隐及真实感图形生成技术,线框图,消隐图,真实感图形,消隐技术,线框图的二义性:,物体空间的消隐算法:物体空间是指物体所在的空间。这类算法是将物体表面的k个多边形中的每个面与其余k-1个面进行比较，精确地求出物体上每个棱边或每个面的遮挡关系。算法的计算量正比于k2。,图象空间的消隐算法：图象空间是相对于物体空间的，在消隐算法中，图象空间就是屏幕坐标空间。这类算法对屏幕上的每个象素进行判断，以决定物体上哪个多边形在该象素 点上是可见的。若屏幕上有m*n个象素点，物体表面上有k个多边形，则该类消隐算法计算量正比于m*n*k。,消隐算法,深度缓存算法,是一种典型的、也是最简单的图象空间消隐算法。,Y
2、,X,O,Z,j,i,p1,p2,屏幕,物体,R,1、ZB为深度缓存，FB为帧缓存，初始化ZB和FB，使得ZB(i,j)=机器最大值，FB(i,j)背景颜色。其中，i=1,2,m.j=1,2,n.2、FOR j=1,n/第j根扫描线。FOR i=1,m/第j根扫描线上第i个像素。FOR k=1,N/第k个多边形Pk2.1 令Zij=机器最大值2.2 判断点（i,j)是否在多边形Pk在XOY面上的投影多 边形内；2.2 若点(i,j)在Pk的投影多边形内，则计算多边形Pk 在点(i,j)处的深度值Zij；2.3比较Zij与ZB(i,j)的大小，若Zij ZB(i,j)，则令 ZB(i,j)=Zi
3、j;FB(i,j)=多边形Pk的颜色。,优点：1、算法简单，在X、Y和Z方向上没有进行任何排序，和任何相关性计算。,2、便于硬件实现。现在一般高档图形工作站上，除了帧缓存外，还带有用于消隐的深度缓存，从而克服了深度缓存算法占用大量存储单元的缺点。,3、便于并行处理，进一步提高算法的速度。,是介于物体空间消隐和图象空间消隐的一种方法，在物空间中计算物体上各面可见性的优先级，然后在像空间中产生消隐图。计算物体上各面的可见性的优先级，是按多边形离视点的远近来进行排序，建立一张优先级表。距离视点近的优先级高，远的优先级低。生成图象时，优先级低的多边形先画，优先级高的多边形后画。,画家算法（深度排序算法
4、）,上图给出另外几个更复杂的情况，无法直接建立正确的深度优先表。解决方法是沿多边形所在平面间的交线循环分割这些多边形，至最后可完全确定其优先级表。见虚线所示。下图给出的4种情况均可直接按优先级表的顺序处理，不必做特殊处理，显示结果符合实际情况。,z,x,z,x,P,Q,P,Q,z,x,P,Q,z,x,P,Q,真实感图形生成技术,随着计算机技术与图形学的发展以及光栅显示器的出现，加上包括存储器在内的各种计算机硬件的性能提高，使得需要高速计算花大存储量的真实感图形生成成为可能。真实感图形生成技术需要解决如下技术：着色光照纹理透明,良好的真实感图形显示应该具备以下特点：能反映物体表面颜色和亮度的细微
5、变化；能表现物体表面的质感；能表现光照下的物体阴影，极大地改善场景的深度感和层次感，充分体现物体间的相互遮挡关系；能模拟透明物体的透明效果和镜面物体的镜像效果。,决定一个物体的外观的因素主要有以下几个方面：1、首先是物体本身的几何形状；2、其次是物体的表面特性；包括材料的粗糙度、感光度、表面颜色和纹理等。3、照射物体的光源性质。从光源发出的光有亮有暗、有不同的颜色，我们可以用光的波长和光的强度来描述。光源还有点光源、线光源、面光源和体光源之分。4、物体与光源的相对位置。相对位置决定了物体反射光线的情况，决定了高光区，背光区等在物体上的位置。5、最后是物体周围的环境。它们通过对光的反射和折射，形
6、成环境光，在物体表面上产生一定的照度。,简单光反射模型,用简单光反射模型模拟光，照射到物体表面时，产生了光的反射。反射光主要由漫反射光、环境光和镜面光三部分组成。,漫反射模型可以用Lambert余弦定理描述，如图所示，设物体表面在P点的法向N，从P点指向光源的向量为L，两者的夹角为。于是，点P处的漫反射光的强度为：Id=IpKdcos,02这里，Ip为入射光的强度，即点光源的光强；Kd为漫反射系数，是01之间的一个常数，取决于物体的材料属性和入射光的波长；为光线入射角。,N,L,环境光是光在物体和周围环境之间多次反射的结果，它不是直接来自光源，而是来自周围的环境对光的反射。环境光的特点是：照射
7、在物体上的光来自周围各个方向，又均匀地向各个方向反射。设Ia为环境光的强度，于是，P点对环境光的反射强度为Ie=IaKa,P,镜面反射光镜面反射的特点：光源来自一个方向，反射光集中在反射方向。如图镜面反射模型又称Phong模型，可以表示为：Is=IpKscosn其中，Is为镜面反射光在观察方向上的光强，Ip为点光源的强度，Ks为镜面反射系数，为视点方向V与镜面反射方向R之间的夹角，n是与物体表面光滑有关的一个常数，一般取为12000，表面越光滑，n越大。,N,L,R,V,综上所述，从视点观察到物体上任一点P处的颜色和亮度I应为漫反射光强Id，环境光反射光强Ie及镜面反射光强Is的总和，即IId
8、+Ie+Is,多边形的明暗处理：Gouraud明暗处理,I1(x1,y1),I4(x4,y4),I2(x2,y2),I3(x3,y3),Ia(xa,ys),Ib(xb,ys),Is,改写为增量形式。当ys由j变为j+1时,对多边形顶点的光亮度作双线性插值,其中：,xs由i增加为i+1时,I1(x1,y1),I4(x4,y4),I3(x3,y3),Ia(xa,ys),Ib(xb,ys),Is,1、计算多边形法向；2、计算顶点的法向；3、计算顶点的亮度；4、插值计算中间点的亮度；,1、仍然用双线性插值，用增量式，减少计算量。2、对顶点法向量进行插值，而不是对亮度插值。3、对每个象素，由插值得到法向
9、量计算各自的亮度。4、仍然假定光源和视点都在无穷远。每点的亮度仅是该点的法向量的函数。,I1(x1,y1),I4(x4,y4),I3(x3,y3),Ia(xa,ys),Ib(xb,ys),Is,多边形的明暗处理：Phone明暗处理,对多边形顶点的法向量作双线性插值,改写为增量形式。当ys由j变为j+1时,N1(x1,y1),N4(x4,y4),N2(x2,y2),N3(x3,y3),Na(xa,ys),Nb(xb,ys),Is,其中：,xs由i增加为i+1时,Gourand明暗法与Phone方法的最主要的区别是:Gourand方法是对亮度插值，Phone方法是对顶点法向量插值。,光线跟踪算法,光线跟踪算法采用整体和局部光照模型，模拟光的反射和透射，表面镜面物体的镜面映象、透明体的透明效果，以及物体的阴影。视点和光源可以在无穷远也可以在空间的任意位置。可以处理多个光源。,动画简介,1.脚本及动画设计2.关键帧设计3.中间帧生成4.描线上色5.检查拍摄6.后期制作,
