19、计算机图形学中的可见表面确定与光照着色技术

计算机图形学中的可见表面确定与光照着色技术

在计算机图形学领域，准确呈现三维场景的视觉效果至关重要。这不仅涉及到确定哪些表面是可见的，还需要考虑光照和着色效果，以实现逼真的渲染。本文将深入探讨可见表面确定的相关技术，以及光照和着色的原理与方法。

1. 图像精度技术

图像精度技术主要用于精确确定可见表面，其中包括扫描线法和光线投射法。

1.1 扫描线法

扫描线法通过确定扫描线的活动边来处理多边形的可见性。对于图 7.6 所示的配置，不同扫描线 v1、v2、v3、v4 的活动边如下：
| 扫描线 | 活动边 |
| — | — |
| v1 | P3P1, P1P2 |
| v2 | P3P1, P1P2, P6P4, P5P4 |
| v3 | P3P1, P6P5, P3P2, P5P4 |
| v4 | P6P5, P5P4 |

处理单条扫描线时，首先确定活动边，并将所有 In - 标志初始化为 0。扫描线时，每穿过一条边，相关多边形的 In - 标志就会在 0 和 1 之间反转。在每个像素处，根据平面方程计算 In - 标志为 1 的多边形的 z 值，z 值最小的多边形即为该像素处可见的多边形。其 z 值的确定方式与 z - 缓冲算法类似，采用增量方式计算。

1.2 光线投射法

光线投射法是另一种图像精度技术，用于确定可见表面。对于投影平面裁剪矩形内的每个像素，都会投射一条与投影方向平行的光线，光线从前裁剪平面开始，到后裁剪平面结束。光线首先遇到的物体决定了该像素的颜色。

光线投射法适用于平行投影和透视投影，无