L8J計算機圖形學———可見表面檢測 openGL入門

學習目標：

1. 明白可見表面檢測的目的
2. 知道back-face detection 背面剔除方法
3. 知道深度緩衝（z-buffer）方法
4. 知道光線追蹤（ray-casting）方法
5. 能對這種技術opengl編程

可見表面檢測

又叫Hidden Surface Elimination隱面消除，只有可見表面應該被柵格化。

當我們查看包含非透明對象和表面的圖片時，我們無法從靠近眼睛的對象後面看到那些對象。我們必須刪除這些隱藏的表面，以獲得逼真的屏幕圖像。識別和去除這些表面稱爲隱面問題。

三種方法

• Back-face detection (also called Culling)
• Z buffer (also called depth buffer)
• Ray Casting

1、Back-face detection 背面剔除

• 簡單快速
• 一般在更復雜可見性測試之前用作初步步驟
• 在進一步考慮前消除了大約50％的面
• 如下圖，N⋅V < 0 則爲背面：
• 有時，v被VPN取代，可以更快地進行近似處理
• 然而，這種方法不能處理凹形物體和部分被重疊的物體

2、Z buffer 深度緩衝

• 有倆buffers，分別是（frame buffer）幀緩衝區和（depth buffer）深度緩衝區。
• 深度緩衝區用於存儲(x，y)位置的深度值，因爲表面被處理(0≤深度≤1)。
• 幀緩衝區用於存儲每個位置(x，y)的顏色值的強度值。
• 緩衝區存儲當前的可見表面信息，一旦發現新的可見信息，值就會更新
• 如下圖，s1爲可見表面 所以他有最小的depth value
  
• 算法步驟：
  1.初始化深度緩衝區和幀緩衝區，對所有緩衝區位置設置
  depthBuff（x，y）= 1.0，frameBuff（x，y）=backgndColor
  2.處理每個多邊形。一次處理一個。對於多邊形的每個投影的（x，y）像素位置，計算深度z（如果未知）。
  3.如果z <depthBuff（x，y），計算該位置的表面顏色並設置 depthBuff（x，y）= z，frameBuff（x，y）= surfColor（x，y）
  在處理完所有表面之後，深度緩衝區就會包含可見表面的深度值，而幀緩衝區包含這些表面的相應顏色值。

3、Ray casting 光線追蹤

• 追蹤我們發射出的ray到達的像素點的光路
• 對於每個像素，發射一條經過該像素的光線（從PRP）
• 找到射線與曲面的所有交點
• 最近的交點是該像素表面的可見部分

z buffer	ray casting
用於簡單的方程式無法充分描述的對象	用於可以通過簡單方程輕鬆描述的對象

openGL command

// Back face removal
glEnable (GL_CULL_FACE); 
glCullFace (GL_BACK);
//Z Buffer
glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB | GLUT_DEPTH);
glClear (GL_DEPTH_BUFFER_BIT); 
glEnable (GL_DEPTH_TEST);