Алгоритм разбиения области
Гипотеза о способе обработки информации глазом и мозгом.
Когерентность (однородность смежных областей).
Принцип:
область разбивается на окна и в каждом
окне решается вопрос о том, пусто ли
оно или достаточно просто для визуализации;
если это не так, то окно разбивается
дальше до тех пор, пока не станет простым
или его размер не достигнет размера
.
При
надо максимально 9 разбиений.
Конкретная реализация алгоритма зависит от метода разбиения и критерия определения простоты изображения в окне.
Простой вариант 1:
область разбивается последовательно на четыре прямоугольные части;
критерий простоты — объекты не попадают в области.
Алгоритм, использующий z-буфер
Принцип: используются два буфера: регенерации (значения ), z-буфер (z-координата).
Буфер регенерации заполняется значениями при параллельном анализе z-координаты со значениями z-буфера.Шаги:
в z-буфере заносятся максимально возможные значения z;
буфер регенерации заполняется значениями фона;
каждый объект раскладывается в растр;
если
меньше значения z-буфера
в элементе
,
то:
заносится в элемент z-буфера;
значение помещается в элемент буфера регенерации.
Достоинство — простота реализации, нет сортировки.
Недостаток — нужен большой объем памяти по z-буфер.
Объем памяти:
информация о значении
— 24 бита (
),
информация о глубине 20 бит.
Алгоритм построчного сканирования (пи)
Принцип: расширение алгоритма преобразования многоугольника в растровую форму; разница в том, что имеем дело не с одним многоугольником, а со всеми сразу.
Шаги:
Создается таблица ребер (ТР). Она содержит все ребра многоугольников, отсортированные по меньшей y-координате.
Описание ребра содержит:
создается таблица многоугольников (ТМ).
Описание многоугольников содержит:
Создается ТАР.
Содержит все активные ребра на текущей сканирующей строке. Ребра упорядочены по возрастанию x-координаты.
Сравнительная характеристика
Методы закраски полигональной сетки.
Однотонная закраска.
Вычисляется 1 уровень
,
который используется для закраски
всего многоугольника. При этом
предполагается, что:
Источник света расположен в бесконечности (
на всей полигональной грани)Наблюдатель находится в бесконечности (
на всей полигональной грани)Многоугольник представляет реальную моделируемую поверхность, а не является аппроксимацией криволинейной поверхности.
Если 1) или 2)
неприемлемо, можно использовать
усредненное значение
,
вычисленные в центре многоугольника.
3-е предположение тоже часто не выполняется, но оно оказывает большое влияние на результат: каждая из видимых граней аппроксимированной поверхности хорошо отличима от других, т.к. каждой из этих граней отличается от соседних граней (эффект полос Маха).
Интерполяция
интенсивностей (метод Гуро).
Процесс закраски осуществляется в 4 этапа:
Вычисляются нормали к поверхностям.
Определяются нормали в вершинах путем усреднения нормалей по всем граням, которым принадлежит вершина.
Используя нормали в вершинах и применяя произвольный метод закраски, вычисляются значения в вершинах.
Каждый многоугольник закрашивается путем линейной интерполяции значений в вершинах сначала вдоль каждого ребра, а затем между ребрами вдоль каждой сканирующей строки:
Интерполяция векторов нормали (метод Фонга).
Закраска Фонга требует больших вычислительных затрат, но она позволяет разрешить многие проблемы метода Гуро. При закраске Гуро вдоль сканирующей строки интерполируется значение , а при закраске Фонга – вектор нормали. Затем он используется в модели освещения для вычисления . При этом достигается лучшая локальная аппроксимация кривизны поверхности, и получается более реалистичное изображение. Особенно правдоподобно выглядят зеркальные блики.
Этапы закраски:
Вычисляются нормали к поверхностям.
Определяются нормали в вершинах путем усреднения нормалей по всем граням, которым принадлежит вершина.
Для каждой точки сканирующей строки определяется вектор нормали путем линейной интерполяции значений N (сначала в вершинах, затем - между ребрами).
Для каждой точки сканирующей строки вычисляется значение .
Метод Фонга приводит к более качественным результатам, т.к. аппроксимация нормали осуществляется в каждой точке. Уменьшаются полосы Маха.