3D数学基础第15章图形数学课件

1、3D数学基础第15章图形数学课件第第15章章 图形数学图形数学p图形管道概述图形管道概述p设置视图参数设置视图参数p坐标空间问题坐标空间问题p光照和雾化光照和雾化p渲染中的缓冲渲染中的缓冲p纹理映射纹理映射p几何体生成与提交几何体生成与提交p变换与光照变换与光照p背面剔除与裁剪背面剔除与裁剪p光栅化光栅化3D数学基础第15章图形数学课件第第15章章 图形数学图形数学p应用程序编程人员接口（应用程序编程人员接口（API） Application programmers interface应用程序应用程序图形库图形库（API）驱动程序驱动程序图形系统的应用程序编程人员模型3D数学基础第15章图形数

2、学课件15.1 图形管道概述图形管道概述p图形管道中数据流的概况图形管道中数据流的概况l建立场景建立场景l可见性检测可见性检测l设置物体级的渲染状态（纹理映射）设置物体级的渲染状态（纹理映射）l几何体的生成与提交几何体的生成与提交l变换与光照变换与光照l背面剔除与裁减背面剔除与裁减l投影到屏幕空间投影到屏幕空间l光栅化光栅化l像素着色像素着色3D数学基础第15章图形数学课件15.1 图形管道概述图形管道概述p建立场景建立场景 开始渲染之前，需要预先设定对整个场景有开始渲染之前，需要预先设定对整个场景有效的一些选项效的一些选项 l选择进行渲染的出发点选择进行渲染的出发点-视点，渲染的输出视点，渲

3、染的输出-视图视图l设定光照与雾化选项设定光照与雾化选项l准备准备z缓冲缓冲 p可见性检测可见性检测 检测场景中哪些物体是可见的检测场景中哪些物体是可见的 3D数学基础第15章图形数学课件15.1 图形管道概述图形管道概述p设置物体级的渲染状态设置物体级的渲染状态 实际绘制潜在可见的物体的时候，由于每个实际绘制潜在可见的物体的时候，由于每个物体的渲染设置可能是不同的，在渲染该物体之物体的渲染设置可能是不同的，在渲染该物体之前，首先要设置物体级的渲染状态，最常见的此前，首先要设置物体级的渲染状态，最常见的此类选项是纹理映射类选项是纹理映射p 几何体的生成与提交几何体的生成与提交 一旦知道哪些物体

4、可见，即需将其生成并一旦知道哪些物体可见，即需将其生成并提交给提交给API。通常提交的是种种形式的三角形或。通常提交的是种种形式的三角形或三角形网格与三角带三角形网格与三角带3D数学基础第15章图形数学课件15.1 图形管道概述图形管道概述p变换和光照变换和光照 渲染渲染API得到了三角形数据后，即开始由模型得到了三角形数据后，即开始由模型空间向摄像机空间进行顶点坐标转换并计算顶点光空间向摄像机空间进行顶点坐标转换并计算顶点光照照p背面剔除和裁剪背面剔除和裁剪l去除背对摄像机的三角形（背面剔除）去除背对摄像机的三角形（背面剔除）l三角形在视椎外的部分也被去除（裁剪）三角形在视椎外的部分也被去除

5、（裁剪） 3D数学基础第15章图形数学课件15.1图形管道概述图形管道概述3D数学基础第15章图形数学课件15.1图形管道概述图形管道概述p投影到屏幕空间投影到屏幕空间 将在将在3D裁剪空间中经裁剪产生的多边形，裁剪空间中经裁剪产生的多边形，投影到输出窗口的投影到输出窗口的2D屏幕空间里屏幕空间里p光栅化光栅化 光栅化指计算应绘制三角形上的哪些像素的过光栅化指计算应绘制三角形上的哪些像素的过程，并为接下来的像素着色阶段提供合理的插值程，并为接下来的像素着色阶段提供合理的插值参数（如光照和纹理映射坐标）参数（如光照和纹理映射坐标）p像素着色像素着色 计算三角形的色彩，此过程称作计算三角形的色彩，

6、此过程称作“着色着色”。接。接着把这些颜色写至屏幕，可能需要着把这些颜色写至屏幕，可能需要alpha混合与混合与z-缓冲缓冲3D数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数 建立摄像机和输出窗口。即必须决定从哪个建立摄像机和输出窗口。即必须决定从哪个位置进行观察渲染（视点位置、方向、缩放）以位置进行观察渲染（视点位置、方向、缩放）以及把渲染结果送到哪里（屏幕上的目标矩形区域及把渲染结果送到哪里（屏幕上的目标矩形区域）。）。 3D数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数p指定输出窗口指定输出窗口 输出设备中将要渲输出设备中将要渲染到的那部分染到的那部分3D

7、数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数p像素横纵比像素横纵比 像素宽对高的比值，一般为像素宽对高的比值，一般为1 yxxyyxdevRespixPhysdevPhyspixPhysdevPhysdevRes3D数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数p视锥视锥 上、左、下、右面对应输出窗口的四边上、左、下、右面对应输出窗口的四边3D数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数p视锥视锥 上、左、下、右面对应输出窗口的四边上、左、下、右面对应输出窗口的四边3D数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数p视场与缩放

8、视场与缩放l视场：视锥所截的角视场：视锥所截的角 水平视场水平视场垂直视场垂直视场3D数学基础第15章图形数学课件15.2 设定视图参数设定视图参数p视场与缩放视场与缩放l缩放：表示物体实际大小和物体在缩放：表示物体实际大小和物体在90。视场中视场中显示大小的比显示大小的比 在在3D中，需要两个缩放中，需要两个缩放值。为了维持恰当的比值。为了维持恰当的比例，缩放要和输出窗口例，缩放要和输出窗口的尺寸对应，即：的尺寸对应，即： 3D数学基础第15章图形数学课件16渲染的管道p流程流程顶点顶点变换后的变换后的顶点顶点世界世界矩阵矩阵摄像机摄像机矩阵矩阵投影投影矩阵矩阵渲染管道渲染管道物体坐标系物体

9、坐标系世界坐标系世界坐标系观察坐标系观察坐标系投影坐标系投影坐标系设备坐标系设备坐标系3D数学基础第15章图形数学课件15.3 坐标空间坐标空间物体空间物体空间世界空间世界空间摄像机空间摄像机空间裁减空间裁减空间屏幕空间屏幕空间模型变换模型变换视变换视变换通过裁剪矩阵通过裁剪矩阵3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p色彩的数学色彩的数学 计算机中的色彩常用计算机中的色彩常用RGB色彩模型表示，这色彩模型表示，这里里R表示红，表示红，G表示绿，表示绿，B表示蓝表示蓝 3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p色彩的数学色彩的数学 色彩运算有时会使一

10、个或多个色彩运算有时会使一个或多个RGB分量超出分量超出0, 1的界限（比如，计算光照时，出现极强的光亮），的界限（比如，计算光照时，出现极强的光亮），此时简单地加以截断此时简单地加以截断 如果只有一个分量超界，截断运算可能会引起色彩如果只有一个分量超界，截断运算可能会引起色彩错乱，此时可以除以最大色彩值以单位化错乱，此时可以除以最大色彩值以单位化 3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p常见光源常见光源点光源点光源平行光平行光聚光灯聚光灯环境光环境光3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化n点光源点光源(Point light)是以一个点为中心向

11、四周发出的光，光强度随距离平方成反比衰减。它的特点是没有方向性，随着光源距离的增大，光的强度也随之衰减，最终为零。如灯泡、火把等。n聚光光源聚光光源(Spot light)是对固定的位置和方向进行照射的光源。如信号灯、车头灯等。网格表面网格表面网格表面网格表面点光源点光源D3DLIGHT_POINT网格表面网格表面网格表面网格表面聚光光源聚光光源D3DLIGHT_SPOT3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p分类n环境光源环境光源(Ambient light)是不属于任何光源而照亮整个场景的光。它对场景内的所有物体表面都提供了同等亮度的光，是现实世界中不存在的数学形态

12、的光。n平行光源平行光源(Directional light)从无限远处射来的点光源的光线，场景中所有光线皆为平行的。平行光源没有位置的概念，也无衰减。太阳是平行光的典型代表 网格表面网格表面网格表面网格表面平行光源平行光源D3DLIGHT_DIRECTIONAL3D数学基础第15章图形数学课件2315.4 光照和雾化光照和雾化p光照光照增加光照和着色是为了加强真实感效果增加光照和着色是为了加强真实感效果一个场景可配多个光源一个场景可配多个光源未进行着色和添加光照的模型效果未进行着色和添加光照的模型效果进行了着色和添加了光照的模型效果进行了着色和添加了光照的模型效果3D数学基础第15章图形数学

13、课件15.4 光照和雾化光照和雾化p标准光照方程标准光照方程p物体外观的决定因素物体外观的决定因素物体表面的性质，即材质属性物体表面的性质，即材质属性表面的方位与朝向表面的方位与朝向照射来的各光源性质照射来的各光源性质观察者位置观察者位置分别为：镜面反射分量、散射分别为：镜面反射分量、散射分量、环境光分量分量、环境光分量打开光照情况下打开光照情况下计算颜色值的结计算颜色值的结果果3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p镜面反射分量镜面反射分量 镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射入眼睛的光线入眼睛的光线 Phong模型模型求反射向

14、量求反射向量r3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p镜面反射分量镜面反射分量 镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射入镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射入眼睛的光线眼睛的光线 ，其强度取决于物体、光源和观察者，其强度取决于物体、光源和观察者Phong模型模型如果观察者离物体的距离远大于如果观察者离物体的距离远大于物体的尺寸，可以仅计算物体的尺寸，可以仅计算v一次，一次，然后认为它对整个物体是一个常然后认为它对整个物体是一个常量，同样道理对光源和量，同样道理对光源和l也适用。也适用。但由于但由于n是变化的，仍需计算是变化的，仍需计算r 3D数学基础第15章图形数学课

15、件15.4 光照和雾化光照和雾化p镜面反射分量镜面反射分量 镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射入眼睛的光线入眼睛的光线 Phong模型模型3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p镜面反射分量镜面反射分量 镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射入镜面反射分量指由光源直接经物体表面反射入眼睛的光线，其强度取决于物体、光源和观察者眼睛的光线，其强度取决于物体、光源和观察者Blinn模型模型cos若小于零，则令该值为零(cos )()glsglsmspecspecspecmspecspeccsmn hsmvlhvl3D数学基础第15章图

16、形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p漫反射分量漫反射分量漫反射是粗糙无光漫反射是粗糙无光泽的物体表面对光泽的物体表面对光的反射，它反映的的反射，它反映的是散开的随机方向是散开的随机方向上的反射上的反射漫反射不依赖于视漫反射不依赖于视点位置，但依赖于点位置，但依赖于光光 源与物体的相对源与物体的相对位置位置diffdiffdiffmslnc)(3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p环境光分量环境光分量 光线经历多于一次的反射后进入眼睛，此类光线经历多于一次的反射后进入眼睛，此类反射即为环境光。环境光取决于材质和全局环境反射即为环境光。环境光取决于材质和全局环境光，

17、此时没有涉及任何光源光，此时没有涉及任何光源 环境光计算公式为：环境光计算公式为： 其中：其中： ambambambcgm:ambambmg:材质的环境光颜色，它总是等于漫反射颜色整个场景的环境光颜色3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p光照方程光照方程合成合成l单一光源单一光源 (max(,0)max(,0)glslitspecdiffambmspecspecdiffdiffambambccccin hsmn lsmgm3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p光照方程光照方程合成合成l多个光源多个光源 1(max(,0)max(,0)glsn

18、mlitjjspecspecjdiffdiffjambambcin hsmn lsmgm3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p雾化雾化 现实中，光线被空气中无数粒子反射与折射现实中，光线被空气中无数粒子反射与折射。如果单位体积内粒子的浓度足够，则它们是可。如果单位体积内粒子的浓度足够，则它们是可见的，例如烟、灰尘、雾等。计算机图形学中，见的，例如烟、灰尘、雾等。计算机图形学中，上述现象都是通过雾化技术加以模拟的。上述现象都是通过雾化技术加以模拟的。 雾化效果能够增强三维场景中的真实感，并雾化效果能够增强三维场景中的真实感，并可提供一定的深度感。可提供一定的深度感。3D

19、数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p雾化雾化 3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p雾化效果实现原理雾化效果实现原理 通过将景物颜色与雾的颜色，以随物体到观察通过将景物颜色与雾的颜色，以随物体到观察点距离增加而增强的混合因子（雾浓度）混合而点距离增加而增强的混合因子（雾浓度）混合而实现的。实现的。 ()(1)foggedlitfoglitlitfogccf gcf cf gclit：计算光照后的物体表面颜色：计算光照后的物体表面颜色 f：雾浓度：雾浓度gfog：全局雾颜色：全局雾颜色3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化

20、p雾化效果实现原理雾化效果实现原理 雾浓度的计算：雾浓度的计算： 说明：说明：（1）该公式假设雾是空间均匀的，但实际情况并）该公式假设雾是空间均匀的，但实际情况并不总是如此。例如，现实世界中，雾常在下方较浓，不总是如此。例如，现实世界中，雾常在下方较浓，此模型不能表达这个现象。此模型不能表达这个现象。（2）距离的定义是可变的）距离的定义是可变的minminminmaxmaxminmax0( )1ddddf dddddddd3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p着色着色 着色规定了如何利用顶点的颜色（通过光照着色规定了如何利用顶点的颜色（通过光照明模型计算）来计算构成图

21、元的像素的颜色明模型计算）来计算构成图元的像素的颜色l均匀着色均匀着色l光滑着色光滑着色3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p均匀着色均匀着色 任取多边形上一点，利用光照明模型计算出任取多边形上一点，利用光照明模型计算出它的颜色，颜色即是多边形的颜色。它的颜色，颜色即是多边形的颜色。 通常，计算光照的位置为三角形中心，表面通常，计算光照的位置为三角形中心，表面法向量为三角形法向量。法向量为三角形法向量。 优点：速度快优点：速度快缺点：由于相邻两个多边形缺点：由于相邻两个多边形法向不同，因而计算出来的法向不同，因而计算出来的颜色也不岂，由此造成整个颜色也不岂，由此造成整

22、个物体表面的颜色过渡不平滑，物体表面的颜色过渡不平滑，有块效应。有块效应。3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p光滑着色光滑着色 主要采用插值方法，故亦称为插值着色主要采用插值方法，故亦称为插值着色Gouraud着色着色 对多边形顶点的颜色进行插值以产生中间各对多边形顶点的颜色进行插值以产生中间各点的颜色点的颜色 Phong着色着色 对多边形顶点的法向量进行插值以产生中间对多边形顶点的法向量进行插值以产生中间各点的法向量各点的法向量3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p光滑着色光滑着色lGouraud着色着色 对多边形顶点的颜色进行插值以产生

23、中间各对多边形顶点的颜色进行插值以产生中间各点的颜色点的颜色 由于顶点被相邻多边形所共享，所以相邻多由于顶点被相邻多边形所共享，所以相邻多边形在边界附近的颜色就比较光滑了（与边形在边界附近的颜色就比较光滑了（与flat着色相比）着色相比） 缺点：当被模拟的值缺点：当被模拟的值不是线性变化时，如不是线性变化时，如线性高光，连续性不线性高光，连续性不好好3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p光滑着色光滑着色lPhong着色着色 对多边形顶点的法向量进行插值以产生中间各对多边形顶点的法向量进行插值以产生中间各点的法向量点的法向量 多边形上每一点需要计算一次光照明模型，因多边

24、形上每一点需要计算一次光照明模型，因而计算量远大于而计算量远大于Gouraudu着色，但用着色，但用Phong着色方法绘制的图形更加真实着色方法绘制的图形更加真实 3D数学基础第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化lFlat着色着色 对整个三角形只计算一次光照值对整个三角形只计算一次光照值lGourand着色着色 顶点级计算光照，然后这些值顶点级计算光照，然后这些值 被线性插值用于整个多边形面被线性插值用于整个多边形面lPhong着色着色 对顶点法向量进行插值以获得对顶点法向量进行插值以获得 其内部各点法向量，然后逐像其内部各点法向量，然后逐像 素计算光照值素计算光照值3D数学基础

25、第15章图形数学课件15.4 光照和雾化光照和雾化p光滑着色光滑着色l插值方法存在的问题插值方法存在的问题 物体轮廓不光滑、透视变形、方向依赖性、公物体轮廓不光滑、透视变形、方向依赖性、公共顶点处颜色连续、顶点法向不具代表性等共顶点处颜色连续、顶点法向不具代表性等 尽管如此，插值着色因其算法简单，效率高，被广泛应用于绘制真实感图形3D数学基础第15章图形数学课件15.5 缓存缓存p缓存缓存 矩形内存块矩形内存块, ,用于存取跟像素相关的数据用于存取跟像素相关的数据l帧缓存帧缓存 存储每个像素的颜色，即渲染后的图像存储每个像素的颜色，即渲染后的图像 双缓存（显示缓存和离线缓存）双缓存（显示缓存和

26、离线缓存）: :使用两个帧缓存（显示使用两个帧缓存（显示缓存和离线缓存），显示缓存用于存放当前显示的图像缓存和离线缓存），显示缓存用于存放当前显示的图像, ,离离散缓存存放正在渲染的图像。解决了屏幕闪烁的问题。散缓存存放正在渲染的图像。解决了屏幕闪烁的问题。l深度缓存深度缓存(z-buffer) 存储像素的深度信息。深度信息反映了物体到摄存储像素的深度信息。深度信息反映了物体到摄像机的距离，通常保存的都是裁剪空间的像机的距离，通常保存的都是裁剪空间的z坐标。坐标。深度缓存一般用于计算物体之间的摭挡。深度缓存一般用于计算物体之间的摭挡。3D数学基础第15章图形数学课件15.6 纹理映射纹理映射p

27、纹理映射的功能纹理映射的功能 根据映射函数将物体上每个点找到图像上对根据映射函数将物体上每个点找到图像上对应点，并将对应点的颜色值赋给物体上的点应点，并将对应点的颜色值赋给物体上的点 3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交 一旦知道哪些物体可见（或至少潜在可一旦知道哪些物体可见（或至少潜在可见），即可将其生成并提交到图形处理器。该见），即可将其生成并提交到图形处理器。该阶段完成以下任务：阶段完成以下任务：（1）细节层次（）细节层次（LOD）选择）选择（2）渐进式生成几何体）渐进式生成几何体（3）向图形）向图形API提交数据提交数据3D数学基础第15章图形

28、数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交pLODLOD选择与渐进式生成选择与渐进式生成lLODLOD（Level of Detail)Level of Detail)技术技术 绘制图形的加速技术绘制图形的加速技术 lLODLOD 的基本原理的基本原理 利用透视投影的特性，即距离当前观察视利用透视投影的特性，即距离当前观察视点越远的物体，其在成像平面上的投影面积越小点越远的物体，其在成像平面上的投影面积越小，因而对远处的物体，因而对远处的物体在绘制阶段可用较少的等效在绘制阶段可用较少的等效绘制元素来表现它。绘制元素来表现它。3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提

29、交几何体的生成与提交pLODLOD选择与渐进式生成选择与渐进式生成lLODLOD分类分类 简单取舍型简单取舍型LOD LOD 平滑过渡型平滑过渡型LODLOD 静态静态LODLOD 动态动态LODLOD 3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交pLODLOD选择与渐进式生成选择与渐进式生成l简单取舍型简单取舍型LODLOD 计算每个物体投影在屏幕的像素个数，如果计算每个物体投影在屏幕的像素个数，如果小于给定的阈值，不绘制物体。小于给定的阈值，不绘制物体。缺点缺点:(1):(1)没有减少模型的细节，而只是简单地不没有减少模型的细节，而只是简单地不 绘制小的模

30、型绘制小的模型 (2)(2)当相机在场景中运动时当相机在场景中运动时, ,模型的出现和消模型的出现和消 失会造成跳跃感失会造成跳跃感, ,从而产生视觉失真从而产生视觉失真3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交pLODLOD选择选择与渐进式生成与渐进式生成l平滑过渡型平滑过渡型LODLOD 对于不应绘制的物体对于不应绘制的物体, ,该算法不是简单地剔除该算法不是简单地剔除, ,而是通过逐帧提高物体的透明度值而是通过逐帧提高物体的透明度值, ,将目标物体将目标物体逐渐地淡出视野逐渐地淡出视野 对于游戏中的重要角色，最好不采用平滑对于游戏中的重要角色，最好不采

31、用平滑过渡型过渡型LOD,因为淡出效果将误导玩家认为游戏因为淡出效果将误导玩家认为游戏人物消失。因此，这种方法适用于模拟小的植人物消失。因此，这种方法适用于模拟小的植被、装饰物和家具的细节等。被、装饰物和家具的细节等。3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交pLODLOD选择选择与渐进式生成与渐进式生成l静态静态LODLOD（真正减少了物体的多边形数目）（真正减少了物体的多边形数目） 核心思想：预计算同一个物体的多个不同精度的核心思想：预计算同一个物体的多个不同精度的模型。在场景漫游过程中模型。在场景漫游过程中, ,根据物体的真实投影尺根据物体的真实投影尺

32、寸选择最合适的模型进行绘制寸选择最合适的模型进行绘制 关键：两个相邻层次的网格模型的过渡是否自然关键：两个相邻层次的网格模型的过渡是否自然，应避免出现跳跃现象，应避免出现跳跃现象避免跳跃现象的方法：避免跳跃现象的方法：（1）增加雾化效果，通过雾的存在减少视觉上）增加雾化效果，通过雾的存在减少视觉上 的不连续感的不连续感（2）使用透明融合技术生成两个相邻细节层次）使用透明融合技术生成两个相邻细节层次 之间的光滑过渡之间的光滑过渡3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交pLODLOD选择选择与渐进式生成与渐进式生成l动态动态LODLOD 在场景漫游过程中，根据

33、相机位置和物体的在场景漫游过程中，根据相机位置和物体的重要性动态地简化网格重要性动态地简化网格 基于边删除的顶点简化基于边删除的顶点简化动态的几何变形动态的几何变形LOD算法基本上克算法基本上克服了前面几种方法服了前面几种方法的帧间不连续的走的帧间不连续的走样现象，但算法是样现象，但算法是否成功极大地取决否成功极大地取决于动态几何变形算于动态几何变形算法的效率是否高效法的效率是否高效3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交p层次细节显示和简化技术的难点层次细节显示和简化技术的难点 如何建立原始网格模型的不同层次细节如何建立原始网格模型的不同层次细节的模型，

34、以及如何建立相邻层次的多边形网格的模型，以及如何建立相邻层次的多边形网格模型之间的几何形状过渡模型之间的几何形状过渡 Huppe等人于1995年提出的渐进网格技术（progressive mesh)较好地解决了模型简化方法在实时绘制场景时图形画面的跳跃问题，可以支持不同细节的网格模型的实时生成。3D数学基础第15章图形数学课件15.7 几何体的生成与提交几何体的生成与提交p向向APIAPI投送几何体投送几何体 多数多数APIAPI采用的数据格式是某种形式的三角网格采用的数据格式是某种形式的三角网格。数据的核心是顶点。数据的核心是顶点 顶点的数据一般分为顶点的数据一般分为3类：位置、光照和雾化以

35、类：位置、光照和雾化以及纹理映射坐标及纹理映射坐标3D数学基础第15章图形数学课件15.8 变换和光照变换和光照 变换和光照包含大量顶点级别的计算。最常见变换和光照包含大量顶点级别的计算。最常见的顶点级的计算有的顶点级的计算有:（1）物体空间顶点位置变换到裁剪空间）物体空间顶点位置变换到裁剪空间（2）使用光照设置及法向量计算光照）使用光照设置及法向量计算光照（3）根据顶点位置计算顶点级雾浓度）根据顶点位置计算顶点级雾浓度（4）阶段式产生纹理映射坐标）阶段式产生纹理映射坐标（5）在骨骼动画中，用）在骨骼动画中，用skinning技术计算顶点值技术计算顶点值3D数学基础第15章图形数学课件15.9

36、 背面剔除与裁剪背面剔除与裁剪p背面剔除背面剔除 去除背对摄像机的三角形去除背对摄像机的三角形p裁剪裁剪 去除视锥外的三角形（一部分），以确保投影去除视锥外的三角形（一部分），以确保投影到屏幕空间的三角形完全在视锥内。到屏幕空间的三角形完全在视锥内。3D数学基础第15章图形数学课件15.10 光栅化光栅化 顶点坐标变换为屏幕坐标后，即获得一个顶点坐标变换为屏幕坐标后，即获得一个2D三三角形列表。光栅化的任务是为了绘制每个三角形，角形列表。光栅化的任务是为了绘制每个三角形，计算构成三角形的每个像素的颜色值计算构成三角形的每个像素的颜色值 像素颜色值的计算在概念上有三个步骤：像素颜色值的计算在概念

37、上有三个步骤： 着色、测试、写入着色、测试、写入 3D数学基础第15章图形数学课件15.10 光栅化光栅化 顶点坐标变换为屏幕坐标后，即获得一个顶点坐标变换为屏幕坐标后，即获得一个2D三三角形列表。光栅化的任务是为了绘制每个三角形，角形列表。光栅化的任务是为了绘制每个三角形，如何计算构成三角形的每个像素的颜色值。如何计算构成三角形的每个像素的颜色值。p像素颜色值的计算在概念上有三个步骤：像素颜色值的计算在概念上有三个步骤： 着色、测试、写入着色、测试、写入 l着色着色 像素着色指为像素计算颜色的过程，一般先像素着色指为像素计算颜色的过程，一般先计算光照然后再雾化。像素着色的输出值不但有计算光照然后再雾化。像素着色的输出值不但有RGB，还有，还有alpha值表示值表示“透明透明”，用于混合。，用于混合。 3D数学基础第15章图形数学课件15.10 光栅化光栅化l测试测试 裁剪测试、深度测试、裁剪测试、深度测试、alpha测试测试裁剪测试裁剪测试 去除渲染窗口外的像素。（假如做了完整的去除渲染窗口外的像素。（假如做了完整的视锥测试则不必要）视锥测试则不必要）3D数学基础第15章图形数学课件15.10 光栅化光栅化l测试测试 裁剪测试、深度测试、裁剪测试、深度测试、alpha