news 2026/5/27 16:38:17

计算机图形学·25 消隐2 区域子分算法-光线投射算法

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张小明

前端开发工程师

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计算机图形学·25 消隐2 区域子分算法-光线投射算法

本文为记录专业课计算机图形学的部分笔记,参考教材为Angel的第八版交互式计算机图形学——基于WebGL 2.0的自顶向下方法。

1、区域子分算法的由来:①Z缓存器算法,将像素孤立来考虑,未利用相邻像素之间存在的属性的连贯性,即区域的连贯性,所以算法效率不高;②区间扫描线Z缓存器算法仅利用了扫描线的连贯性。实际上,可见多边形至少覆盖了绘图窗内的一块区域,如果能将这类区域找出来,则避免了在每个像素处计算深度值,消隐问题也就解决了。
基本思路:
首先,将场景中的多边形投影到绘图窗口内(假设它为边长为k的正方形)
然后,判断窗口/多边形关系是否足够简单:
若是足够简单,则按简单关系来处理,并且算法结束;
否则将窗口进一步分为四块(左上,右上,左下,右下)。对此四个小窗口重复上述过程,直到窗口仅为一个像素大小。
此时可能有多个多边形覆盖了该像素,计算它们的深度值,以最靠近观察点的颜色显示该像素即可。

何谓“窗口/多边形关系足够简单?”
存在下列情况之一,即可称为窗口/多边形关系足够简单:
①窗口为空,即多边形与窗口的关系是分离的——取背景色,图中(a)
②窗口仅内含一个多边形,或者一个多边形与窗口相交——此时先对多边形投影进行裁剪,再对裁剪结果进行分别上色,图中(b)和(c)
③有一个多边形的投影包围了窗口,并且它是最靠近观察点的——,以该多边形颜色上色,图中(d)

如何判别多边形与窗口的分离与包围关系?可以使用例如编码方法——区域编码:多边形顶点的编码/多边形边的编码/多边形的编码。
2、光线投射算法(Ray casting)基本思路:
①将通过绘图窗口内每一个像素的投影线与场景中的所有多边形求交。
②如果有交点,用深度值z最大 (视点最近/小的) 的交点所属的多边形的颜色显示相应的像素;
③如果没有交点,说明没有多边形的投影覆盖此像素,用背景色显示即可。

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